Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука

• Автор: Чернов, Анатолий Альбертович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
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
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, Т12, С02, И20, N0
2.2.3. Методика расшифровки масс- спектров проб по данным масс-спектромегрического 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 "Л" 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
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение.
Горение смесевых твердых топлив (СТТ) и других конденсированных систем (к-систем) представляет собой взаимодействие сложных физикохимических 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

2.2.2 Метод количественного анализа многокомпонентной газовой смеси, содержащей СО, И2, С02, И20, N0.
При исследовании продуктов горения СТРТ с помощью указанной выше методики возникают большие трудности, связанные с анализом смеси газов С0+1Ч2+М20+С02+Ж) на динамическом масс- спектрометре низкого разрешения (в частности, время- пролетном) вследствие взаимного перекрывания пиков масс отдельных веществ (СО и И2, С02 и 1Ч20,1Ч20 и N0). Например, определение АСо - доли СО в смеси с через интенсивность пика с м/е=12 (112(С0)) - осколочного иона в спектре СО приводит к большим погрешностям вследствие малой величины отношения 1|2(СО)/128(СО) (составляющего 0,02+0,05), а также плохой её воспроизводимости (20+25%). При концентрации СО 1% в смеси с азотом отношение 1п11ц составляет около Ю'4. Измерение интенсивности таких сильно различающихся по абсолютной величине пиков масс является дополнительным источником ошибок измерений интенсивностей пиков в масс-спектрах, полученных с помощью динамических масс-спектрометров. Поэтому точность измерения быстроменяющегося состава газовой среды, содержащей СО и И2, с использованием динамических масс-спектрометров является низкой.
Для повышения точности измерения был разработан новый метод, суть которого описана ниже. Опыты проводились на экспериментальной установке, схема которой изображена на рис.2.2, с конструкцией изменяемой части пробоотборника А3, приведенной на рис.2.3.
Проба, отобранная в высоковакуумную камеру динамического масс-спектрометра с помощью зондового пробоотборника, сначала пропускалась через ловушку, охлажденную жидким азотом (-195 °С), где вымораживаются все продукты сгорания образца кроме СО, Ы2, Н2 и частично N0. Затем она проходила над пористым твёрдым реагентом - окислителем (окись меди), нагретым до температуры 600 °С. При этом большая часть СО окисляется до С02. Проба, в составе которой теперь присутствовали - С02, СО, Ы2, N0 направлялась на анализ в ионный источник масс- спектрометра