Моделирование течений при взрывах многофазных сред

• Автор: Шамшин, Игорь Олегович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 203 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Математическая модель

1Л Уравнения сохранения и граничные условия

1.2 Уравнение состояния идеального газа

1.3 Табличное уравнение состояния

1.4 Межфазный обмен импульсом и энергией

1.5 Химические реакции

Глава 2. Численный метод

2.1 Построение разностной сетки, начальные и граничные условия

2.2 Описание численного метода интегрирования уравнений газовой динамики

2.3 Численный метод решения системы ОДУ
2.4 Краткое описание программного комплекса "Turbojet"
Глава 3. Численные расчеты газодинамических течений в инертных и реагирующих гетерогенных средах
3.1 Численное моделирование стационарной струи газа, нагруженной инертными частицами
3.2 Сравнение параметров стационарных детонационных волн во взвесях частиц алюминия, нитрата аммония, перхлората аммония, а также их смесей в воздухе с данными равновесного термодинамического расчета детонации Чепмена-Жуге
3.3 Определение минимальной энергии инициирования детонации алюминий - воздушной смеси в плоской геометрии
Глава 4. Характеристики волн давления, образующихся в результате взрыва гетерогенных зарядов

4.1 Характеристики волн давления, образующихся при взрыве сферических зарядов из взвеси частиц алюминия и нитрата аммония
в воздухе
4.2 Влияние распределения в пространстве энергетического вещества и скорости энерговыделения на параметры воздушных ударных волн
4.3 Исследование взрывного превращения алюминия и нитрата аммония при впрыске их частиц в трубу с последующим выходом гетерогенной смеси в открытое пространство
4.4 Оптимизация взрывного действия гетерогенного заряда
Глава 5. Скоростные, ионизационные и температурные характеристики гетерогенных реагирующих течений
5.1 Ионизационные и спектральные свойства облака продуктов взрыва взвеси частиц алюминия в воздухе
5.2 Впрыск гетерогенной смеси, состоящей из частиц мелкодисперсного алюминия и нитрата аммония, в химически активные среды
Заключение
Список использованной литературы
Публикации автора по теме диссертации
Доклады на научных конференциях

ВВЕДЕНИЕ
Случайные взрывы гетерогенных взвесей мелкодисперсных энергетических материалов в воздухе могут приводить к серьезным промышленным авариям [1—3]. В связи с этим актуальна проблема проведения исследований, направленных на выявление основных закономерностей взрывных процессов в гетерогенных смесях энергетических материалов, а также исследований параметров взрывных волн при различных режимах энерговыделения, сценариях и условиях взрыва. Наиболее часто встречающимися взрывоопасными смесями в промышленности являются взвеси частиц горючего в воздухе. Этим объясняется большое количество экспериментальных и теоретических исследований распространения волн горения и детонации во взвесях частиц горючего в среде газообразного окислителя (воздуха, кислорода и др.) [3-7]. Особую опасность представляют гетерогенные смеси, содержащие в конденсированном состоянии и горючее, и окислитель. В результате взрыва такой смеси в воздухе могут генерироваться сильные ударные волны (УВ), сопоставимые по длительности с УВ от газовых взрывов и значительно их превосходящие по амплитуде. С этой точки зрения исследование взрывных процессов в гетерогенных смесях, содержащих в конденсированном состоянии и горючее, и окислитель, представляет практический интерес для оценки масштабов аварий и проведения научнообоснованных мероприятий по технике безопасности. Особую актуальность данной проблеме придает возможность использования таких смесей в террористических целях [8].
Кроме того, в последнее время для различных отраслей техники разрабатываются энергетические установки, использующие в качестве рабочего тела газовзвеси порошкообразных частиц горючего и окислителя. Наиболее перспективно применений порошкообразных смесей в импульсных МГД-генераторах [9]. В этом случае появляются большие возможности по варьированию состава смеси с целью обеспечения наилучшего соотношения

здесь ф1 - объемная доля г-го газообразного окислителя. В уравнении приняты следующие значения эмпирических постоянных КА1=4*6 с/мп, п= 1 [48].
Разложение нитрата аммония и перхлората аммония (ПХА) описываются глобальными кинетическими схемами:
NH.NO, Д102 + N2 + 2 Н20, (1.60)
NN.010^^0,+^2+^Н20 + НС1. (1.61)
Скорость разложения твердого окислителя основана на законе горения частиц [71]:
с1г._ (1 + 0,276^)
dt 8 Кг.

(1.62)
где константа К, в зависимости от материала частиц может принимать
значения в диапазоне (0.5^5)х106 с/м2 [71, 72], в настоящей работе для нитрата

аммония и перхлората аммония принято значение 2*10 с/м .
Скорости реакций (1.57), (1.60) и (1.61) полагаются равными нулю до тех пор, пока температура частиц не достигнет определенного значения. Для частиц алюминия эта температура принята равной 1100 К [59], для нитрата аммония - 483 К (среднее значение из [73] и [74]), для перхлората аммония -543 К [75].
Для выбранных законов горения и разложения частиц скорости реакций определяются следующими формулами7:
7 4 з
Масса частицы т/ = — лг: /у., откуда т/ = 4яту.руг^, умножая полученное выражение на п
и деля на //1( получаем количество молей /-го конденсированного вещества
прореагировавшего в единице объема за единицу времени, т.е. скорость сгорания
2 -1 3<т 1 г/г
(разложения) частиц: IV, = -тп.р. = -Алг-п.р- V, либо IV, = —. Подставляя в
// . Л
полученное выражение закон горения в форме (1.58) или (1.62), и определяя скорость к-й
(С ф.
реакции для горения частиц металла по формуле Ук = ——, а для разложения частиц

окислителя ПО формуле М!к = Цг, /Гд получим формулы (1.63) - (1.66).