Горение полимеров в электростатическом поле

• Автор: Позолотин, Александр Павлович
• Шифр специальности: 05.07.05, 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Киров
• Количество страниц: 97 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ '•
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Горение полимеров
1.2. Особенности процесса горения полимеров в ГРД
1.3. Ионизационные процессы в пламени при горении
1.4 Влияние электрических полей на горение конденсированных веществ
1.4.1 Влияние электрических полей на горение углеводородных жидкостей
1.4.2 Влияние электрических полей на горение твердых топлив
1.4.3 Влияние электрических полей на горение полимеров
1.4.4 Механизмы влияния электрических полей на горение
1.5 Экспериментальное исследование процесса горения
1.5.1 Измерение скорости горения
1.5.2 Измерение температуры пламени
1.5.3 Визуализация процесса горения
1.6 Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Экспериментальный стенд и методика определения скорости распространения пламени по поверхности полимеров
2.2 Экспериментальный стенд для изучения торцевого горения полимеров
2.2 Методика измерения массовой скорости горения непрерывным взвешиванием
2.3 Методика измерения максимальной температуры пламени
2.4 .Экспериментальный стенд для исследования горения полимеров в канале
2.5 .Методика визуализации процессов горения
ГЛАВАЗ. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПЛАМЕНИ ПО ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИМЕРОВ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
3.1 Исследование ионизационных процессов в пламени полимеров
3.2 Горение полимеров во встречном потоке воздуха в продольном электростатическом поле
3.2.1 Визуализация процесса горения во встречном потоке воздуха
3.2.2 Зависимости скорости распространения пламени по поверхности полимера от напряженности продольного поля
3.3 Г орение полимеров во встречном потоке воздуха в поперечном электростатическом поле
3.3.1 Визуализация процесса горения в поперечном поле
3.3.2 Зависимости скорости распространения пламени по поверхности полимера от напряженности поперечного поля
ГЛАВА 4. ТОРЦЕВОЕ ГОРЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ В ЭЛЕКТРОСАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
4Л Г орение полимеров в поперечном электростатическом поле
4ЛЛ Зависимости массовой скорости горения от напряженности поперечного

4Л.2 Зависимости максимальной температуры пламени от напряженности поля
4.2 Г орение полимеров в продольном электростатическом поле, созданном в области факела
4.2.1 Визуализация процесса горения в продольном поле
4.2.2 Зависимости массовой скорости горения от напряженности продольного поля
4.2.3 Зависимости максимальной температуры пламени от напряженности продольного поля
4.3 Горение полимеров в продольном электростатическом поле, наложенном интегрально на всю зону горения
4.3.1 Визуализация процесса горения в поле наложенном интегрально на всю зону горения
4.3.2 Зависимости массовой скорости горения от напряженности поля, наложенного интегрально
4.3.3 Зависимости максимальной температуры пламени от напряженности поля, наложенного интегрального
ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ!!
5.1 Влияние электростатического поля на распространение пламени по поверхности полимеров
5.2 Влияние поперечного электростатического поля на торцевое горение полимеров
5.3 Влияние продольного электростатического поля, созданного в области факела, на торцевое горение полимеров
5.4 Влияние продольного электростатического поля, наложенного интегрально на всю зону торцевого горения полимеров
5.5 Влияние радиального электростатического поля на горение полимеров в канале
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А .

ВВЕДЕНИЕ
Помимо строительных материалов, полимеры используются как связующие в смесевых твердых ракетных топливах и выступают в качестве топлив для гибридных ракетных двигателей (ГРД) и теплозащитных покрытий космических летательных аппаратов [1-4]. В последнее время разработки специалистов России, США, Франции и др. стран подтвердили эффективность и высокие эксплуатационные качества ГРД. Данные двигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами двигателей: экологичность и безопасность работы, низкая стоимость топлив. Несмотря на все преимущества эти типы двигателей, имеют ряд проблем, которые связаны с горением твердого компонента топлива, заключающиеся в неравномерном его выгорании и коксовании, и регулировании процесса горения. Вопросы горения полимеров широко освещены в работах
Н.С. Ениколопов, Ал.Ал. Берлин, H.A. Халтуринский, P.M. Асеева, Г.Е. Зайков, В.К. Щукин, С.М. Решетников и др., специфика которых заключается в снижении их горючести путем введения антипиренов.
Применяются различные технологические приемы и методы интенсификации и управления процессом горения в ГРД. Изменение скорости горения гибридного топлива, можно достичь путем изменения теплового потока в к-фазу, химической интенсификацией (добавление в топливо активных реагентов), а полноты сгорания за счет установки систем турбулизации и закрутки потока [2]. Существуют менее распространенные методы управления процессами горения с помощью физических полей (электрических, магнитных, электромагнитных и акустических и т.д.) [5-8].
В настоящей работе исследуется возможность использования электростатического поля для регулирования процесса горения топливного блока ГРД.
Большой вклад в изучение влияния электрических полей на горение углеводородных топлив внесли: A.A. Подвальный, М.М. Арш,
Е.М. Степанов, А.П. Пантелеев, А.Н. Максимов, В.В Афанасьев, Н.И Кидин,

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
В работе рассматривается горение полимера во встречном потоке воздуха, торцевое ламинарное диффузионное горение полимера со свободной поверхностью в атмосфере воздуха, горение полимеров в канале.
2Л Экспериментальный стенд и методика определения скорости распространения пламени по поверхности полимеров
Экспериментальная установка для изучения скорости распространения пламени по поверхности полимера представлена на рис.2.1. Подобная схема была использована авторами в [17] для изучения скорости распространения пламени по эпоксидному материалу.
Рис. 2.1 Схема экспериментальной установки Экспериментальная установка представляет собой кварцевую трубу длинной 500 мм и диаметром 74 мм, расположенную горизонтально. В центре трубы устанавливается исследуемый образец. С одного конца трубы через регулятор расхода и ротаметр РМ-4Г подводится воздух. В центре трубы расположены вертикально и горизонтально две металлические сетки на расстоянии 110 мм и 50 мм. Образец поджигается при помощи электрической спирали и располагается между сетками, навстречу распространению пламени течет воздух, поток которого выравнивается