Критические явления и нестационарное горение энергоемких веществ

• Автор: Ассовский, Игорь Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 360 с. : ил

Аннотация
Рассматриваются тепловые режимы гомогенной и гетерогенной экзотермической реакции. Анализируются критические условия существования низкотемпературного и высокотемпературного режимов протекания реакции. Определенное внимание уделяется критическим условиям перехода реакции от низкотемпературного режима к высокотемпературному (зажигание) и обратно (погасание), а также явлению теплового гистерезиса (различию условий зажигания и погасания).
Детально рассматривается взаимосвязь критических явлений и закономерностей распространения волны реакции при горении высокоэнергетических веществ (ракетные топлива , пороха, взрывчатые вещества), а также при каталитическом горении низкокалорийных смесей.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список основных обозначений

ВВЕДЕНИЕ

История проблемы и актуальность темы работы

Общая характеристика работы

Литература к Введению

ЧАСТЬ I. КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И НЕСТАЦИОНАРНОЕ ГОРЕНИЕ В УСЛОВИЯХ ПОСТОЯННОГО ДАВЛЕНИЯ И В ПОЛУЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ
1. КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ЗАЖИГАНИИ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ
1.1. Зажигание лазерным импульсом
1.1.1. Формулировка задачи
1Л .2. Разогрев вещества коротким импульсом
1.1.3. Критические температуры и условия зажигания
1Л .4. Изменеие температуры после облучения
1.1.5. Обсуждение результатов. Сравнение с экспериментом
1.2. Зажигание полихроматическим импульсом
Выводы по гл.
2. ГОРЕНИЕ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СИСТЕМ ПРИ ТЕПЛОВОМ ОБЛУЧЕНИИ
2.1. Стационарное облучение. Закон горения
2.2. Устойчивость стационарного горения при облучении
2.3. Периодическое облучение
2.3.1. Поправка к средней скорости горения
2.3.2. Обсуждение результата
2.4. Интегральное уравнение нестационарного горения
2.4.1. Соотношение между градиентом температуры, скоростью
горения и световым потоком
2.4.2. Частные формы интегрального уравнения
Выводы по гл.
3. ПЕРЕХОДНЫЕ РЕЖИМЫ ГОРЕНИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СИСТЕМ_
3.1. Мгновенное изменение скорости горения
3.2. Погасание топлива при спаде излучения
3.3. Режимы быстрого увеличения скорости горения
Оценка нестационарной скорости горения
3.3.1. Скорость релаксации горения к новым условиям
Выводы по главе
4. ЗАЖИГАНИЕ И УСТАНОВЛЕНИЕ ГОРЕНИЯ
ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Два подхода к анализу зажигания

4.1. Формулировка модели
4.2. Критерий зажигания
4.3. Методика численного счета задачи
4.4. Зажигание конвективным нагревом
Эффекты нестационарного горения
4.4.1. Время установления стационарного горения. Оптимальные
условия зажигания
4.5. Зажигание радиационным потоком тепла
4.5.1. Установление горения при зажигании постоянным световым
потоком
4.6. "Полуостров" устойчивого зажигания
4.6.1. Обсуждение результатов. Сравнение с экспериментом
4.7. Зажигание топлива в потоке излучающего газа
Выводы по гл.
5. НЕСТАЦИОНАРНОЕ ЭРОЗИОННОЕ ГОРЕНИЕ В ПОЛУЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ
5.1. Математическая модель и методика расчета
5.1.1. Закон стационарного горения
5.1.2. Характерные времена процесса горения
5.1.3. Формулировка модели
Безразмерные переменные
5.1.4. Неодновременное воспламенение и нестационарное горение
топлива
5.1.5. Алгоритм и схема счета задачи
5.2. Обсуждение результатов счета
Выводы по гл.
6. КРИТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ПЛАМЕНИ
Введение
6.1. Формулировка задачи
6.2. Критическое условие зажигания
6.2.1. Верхний и нижний пределы температуры зажигания
6.3. Условия существования пламени
6.3.1. Характерные масштабы процессов воспламенения и погасания

6.4. Граница области погасания
6.4.1. Сравнение с экспериментом
6.5. Динамическое погасание легкокипящих топлив
6.5.1. Необходимые и достаточные условия гашения
Лемма о градиенте температуры
Лемма о минимальном времени достижения

Изменение распределения температуры после облучения зависит от соотношения масштабов времени t1,-t4.. По аналогии с задачей о монохроматическом облучении в предельных случаях можно получить приближенные асимптотические решения. Например, в предельном случае % « 1:ь44, критическое соотношение между характеристиками реагирующего вещества и светового импульса имеет вид:
а = й,(Т5)Щ>а*. (1.23)
Здесь критерий а равен отношению скорости тепловыделения в реагирующем слое 0,(Т,), (11), к скорости теплоотвода в холодные слои вещества к моменту окончания облучения 1 = Т/.
Щ =/ )./(Ш %км2 ехр(х/И^ (1/1(11 (1.24)

Критическое значение а* является сложной функцией определяющих параметров задачи [16], в том числе от соотношения диаметра образца (1 и характерной глубины поглощения излученияг к,„ (в случае полихроматического импульса /?,„= (Т5 -Т0)/А£ ). Если с1»кт, то теплопотери в окружающую среду относительно малы и существует область параметров 1 > а > а*, где саморазогревание топлива и воспламенение происходят спустя определенное время задержки после окончания облучения.. В таком случае величина а* может быть оценена аналогично (19): а* = (Т*-То)/(Т(0,^-То), где Т* определяется из уравнения:
т„р0(т*)=20/я.
В случае <1<Ьт, теплопотери приводить к увеличению критерия а* > 1. В таком случае существует оласть параметров: 1< а < а*, при которой начальное саморазогревание топлива после облучения сменяется на остывание.
В заключение отметим, что экспериментальное определение времени задержки зажигания топлива после воздействия на него короткого све-