Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.17, кандидат физико-математических наук Чернов, Анатолий Альбертович

• Чернов, Анатолий Альбертович
• кандидат физико-математических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Чернов, Анатолий Альбертович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. МЕХАНИЗМ И ХИМИЯ ГОРЕНИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СИСТЕМ (литературный обзор).

1.1. Механизм горения смесевых конденсированных систем.

1.2. Исследование тепловой и химической структуры волны горения конденсированных систем на основе ПХА.

1.3. Обзор работ по исследованию горения слоевых систем на основе ПХА.

Глава 2. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ СТРУКТУРЫ ПЛАМЕН

КОНДЕНСИРОВАННЫХ СИСТЕМ

2.1. Подготовка образцов конденсированных систем и условия их горения.

2.1.1. Подготовка и условия горения смесевых составов.

2.1.2. Подготовка и условия горения слоевых систем. 29 2.2 Масс-спектрометрическое исследование пламен конденсированных систем.

2.2.1. Описание установки и методики эксперимента.

2.2.2. Метод количественного анализа многокомпонентной газовой смеси, содержащей СО, Ы2, С02, И20, N0.

2.2.3. Методика расшифровки масс- спектров проб по данным масс-спектрометрического зондирования пламен.

2.2.4. Методика расчета мольных долей по масс- спектрам.

2.2.5. Методика уточнения коэффициентов чувствительности веществ с использованием экспериментальных данных и уравнений материального баланса по элементам в конечных продуктах горения.

2.3. Методика исследования тепловой структуры волны горения слоевых и смесевых конденсированных систем.

Глава 3. СТРУКТУРА ПЛАМЕН ГОМОГЕНИЗИРОВАННЫХ СТТ

3.1. Экспериментальные данные по структуре пламен различных составов.

3.1.1. Результаты экспериментов для состава близкого к стехиометрическому состав "А").

3.1.2. Результаты экспериментов для состава богатого горючим (состав "Б").

3.2. Моделирование структуры пламен гомогенизированных составов.

3.2.1. Методика расчета структуры пламен гомогенизированных составов.

3.2.2.Выбор кинетического механизма.

3.2.3.Результат моделирования структуры пламен для составов "А" и "Б".

3.3. Установление механизма химических превращений в пламенах конденсированных систем на основе ПХА.

3.3.1. Влияние варьирования констант скоростей отдельных реакций на ширину зоны горения.

3.3.2. Краткое описание химических превращений в пламени КС на основе предложенного в данной работе кинетического механизма и результатов экспериментов.

3.3.3. Дальнейшее развитие механизма химических реакций и модели горения

СТТ на основе представленных в диссертации результатов.

ВЫВОДЫ

Глава 4. СТРУКТУРА ПЛАМЕН СЛОЕВЫХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ

СИСТЕМ (СКС).

4.1. Структура поверхности горения СКС.

4.2. Химическая и тепловая структура пламен СКС.

4.3. Обсуждение результатов. Применение экспериментальных результатов исследования структуры пламён СТРТ. 121 ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука»

Горение смесевых твердых топлив (СТТ) и других конденсированных систем (к-систем) представляет собой взаимодействие сложных физико-химических процессов, идущих в конденсированной (к-фазе) и в газовой фазах. Наименее изученной стороной горения СТТ являются химические превращения, идущие вблизи контакта горючего и окислителя. Из-за малых размеров зон горения (десятки - сотни микрон) экспериментальное изучение реальных СТТ крайне затруднено. Модельные СТТ существенно упрощают решение этих задач. Целью данной работы являлось изучение химических процессов в пламенах модельных СТТ и слоевых систем на основе перхлората аммония (ПХА) и полибутадиенового каучука с карбоксильными концевыми группами (ПБК).

Для изучения механизма и кинетики химических реакций использовался подход, включающий экспериментальное исследование структуры пламени гомогенизированного СТТ и её теоретическое моделирование на основе решения уравнений течения реагирующего многокомпонентного газа с учетом многостадийного кинетического механизма. Моделирование взаимодействия микропламен, имеющего место при горении реального СТТ, осуществлялось путем исследования химической структуры слоевых конденсированных систем (СКС). Геометрическая упорядоченность расположения компонент в слоевых системах, состоящих из чередующихся слоев окислителя и горючего, значительно упрощает изучение горения таких систем. В то же время это позволяет понять и смоделировать влияние дисперсности окислителя на скорость горения реальных СТТ.

Диссертация состоит из четырех глав.

В первой главе дан обзор литературы по горению смесевых и слоевых систем на основе ПХА, на основании анализа которых сделаны выводы об отсутствии в литературе данных по исследованию химии горения, структуры пламени СТТ на основе ПХА и необходимости таких исследований для разработки моделей горения

Во второй главе дано описание методики изучения структуры пламен конденсированных систем.

В третьей главе дано описание результатов экспериментов по исследованию структуры пламен гомогенизированных составов и результатов их математического моделирования. Предложено краткое описание химических превращений в пламени СТТ на основе анализа и сопоставления результатов эксперимента и моделирования.

В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования тепловой и химической структуры пламен слоевых систем, а также структуры их поверхности горения.

Программа для математического моделирования горения смесевых и слоевых систем создана Ермолиным Н.Е. Им же проведены расчеты по моделированию структуры пламени слоевых и смесевых систем, за что автор приносит ему благодарность.

Заключение диссертации по теме «Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва», Чернов, Анатолий Альбертович

ВЫВОДЫ

1. Идентифицированы основные компоненты, измерены их концентрации, а также профили их концентраций и температуры в пламенах слоевых систем на основе ПХА и «активного» связующего, октогена и «активного» связующего в трёх сечениях соответствующих середине слоя ПХА (октогена) середине слоя «активного» связующего и границе контакта слоёв. Изучена структура поверхности слоевой системы.

2. Полученные данные о структуре пламени в сечениях , соответствующих середине слоёв ПХА и октогена, подтвердили полученные ранее данные о структуре пламён ПХА и октогена.

3. Предложенный возможный механизм химических превращений в пламени СТТ на основе ПХА применён не только для моделирования структуры пламени СКС на основе ПХА при низком давлении, но и для получения качественной картины взаимодействия пламён активного связующего и крупной частицы ПХА, находящейся на поверхности горения СТТ при высоком давлении.

Заключение.

1. Разработана методика исследования структуры пламени СТТ и слоевых систем с применением усовершенствованной системы пробоотбора и дальнейшего анализа пробы на масс-спектрометре, облегчающая расшифровку масс-спектра.

2. Идентифицированы основные компоненты, измерены их концентрации, а также профили их концентраций и температуры в пламенах гомогенизированных СТТ на основе ПХА различного состава. Установлены основные продукты реакций в к-фазе гомогенизированного СТТ на основе ПХА, дальнейшие реакции которых в газовой фазе ответственны за тепловыделение в пламени.

3. Экспериментально обнаружен факт конкуренции расходования окислителя в реакциях с аммиаком и углеводородами. Замечено, что углеводороды реагируют активнее, чем NH3 и азотистые соединения. В результате в конечных продуктах горения образуется значительное количество аммиака.

4. В результате сопоставления данных эксперимента и моделирования структуры пламени гомогенизированного СТТ на основе ПХА предложен возможный механизм химических превращений в пламени. Выделены наиболее существенные стадии, влияющие на поведение профилей температуры и концентраций промежуточных и конечных продуктов реакций в пламени.

5. Идентифицированы основные компоненты, измерены их концентрации, а также профили их концентраций и температуры в пламенах слоевых систем на основе ПХА и «активного» связующего, а также октогена и «активного» связующего в трёх сечениях, соответствующих середине слоя ПХА (октогена), середине слоя «активного» связующего и границе контакта слоев. Изучена структура поверхности горения слоевой системы.

6. Полученные данные о структуре пламени в сечениях , соответствующих середине слоёв ПХА и октогена, подтвердили полученные ранее данные о структуре пламён ПХА и октогена.

7. Предложенный механизм химических превращений в пламени СТТ на основе ПХА применён не только для моделирования структуры пламени СКС на основе ПХА при низком давлении, но и для получения качественной картины взаимодействия пламён активного связующего и крупной частицы ПХА, находящейся на поверхности горения СТТ при высоком давлении.

8. Результаты представленные в диссертации использованы для моделирования горения СТРТ российскими и западными исследователями.