Интерферометрия процессов горения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ



АКАДЕМИЯ НАУК РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМ. Н.Н.СЕМЕНОВА

На правах рукописи

АБРУКОВ Виктор Сергеевич

УДК 536. 46 : 533. 41 ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ

Сспецна/, • ть 01.04.17 - химическая физика, в -г" .еле физика горения и взрываЭ

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

МОСКВА- 1994

Работа выполнена в Московском государственном открытом университете и в Чувашском государственном университете

Научный консультант: д. ф.-м, н. , проф. , чл.-корр. Российской академии космонавтики Мальцев В. М.

Официальные оппоненты: д. ф. -м. н. , проф. Барзыкин В. В.

д. ф. -м. н. , проф. Заслонко И. С. д. ф. -м. н. ■ проф. , чл. -корр. РАН Липанов А. И.

Ведущая организация: Институт структурной макрокинетики РАН

Защита состоится " 15 " <Х 199_£> г.

заседании специализированного Совета Д. 002. 26.01

химической физики им. H.H. Семенова РАН по адресу: ул.Косыгина 4, ИХФ РАИ

С диссертацией можно ознакомиться в Библиотеке

Автореферат разослан Ф Q ip'>л-Л, 199.5 г.

Ученый секретарь специализированного совета В. Н. Корчак

в АН час&

при Инстит 117977, Мое*

Актуальность темы. Задачи исследования процессов горения включают в себя анализ разнообразных физико-химических явлений, протекающих в волне горения. При их решении нашло применение большое количество различных методов. Тем не менее, как видно, например, из научной литературы и программ всесоюзных и международных конференций, задача развития методов диагностики процессов горения остается одной из актуальных.

Во многих областях научных исследований широко используются оптические методы диагностики. Присущие им свойства

Сесконтактностн и Сезинерционности дают им существенные преимущества при изучении Оыстропротекаюыих, чувствительных к внешним воздействиям процессов. Один из таких оптических методов - интерферометрия. К дополнительным достоинствам последней относится возможность визуализации всего объема объекта в целом в течение необходимого времени. Это позволяет говорить о ней как об одном из перспективных методов изучения существенно неоднородных объектов, к которым относится волна горения. Но в течение длительного времени интерферометрия находила ограниченное применение, что объясняется недостаточным развитием методических основ применения интерферометрии в диагностике процессов горения, неполным использованием ее свойств.

Цель работы. - анализ совокупности свойств и возможностей интерферометрии как метода диагностики физических процессов и создание методических основ применения интерферометрии для многосторонних качественных И количественных исследований процессов горения.

Объектами экспериментальных исследований были нестационарные режимы горения к-систем: модельных составов порохов и ■ смесевых твердых ракетных топлив, а также, в отдельных случаях, газовых систем. В процессе исследований решались задачи госбюджетных НИР, проводимых Чувашским госуниверситетом.

Научная новизна.

Разработаны новые методы исследования процессов горения.

Работа является первой, в которой интерферометрия нашла применение при проведении количественных исследований процессов горения к-систем. Впервые проведены измерения ряда характеристик нестационарных режимов горения конденсированных и газовых систем.

Предложен новый, имеющий общий характер подход к оптическим методам исследования, обладающим свойством интегральности и

Э

панорамности.

Научная и практическая значимость.

Создан комплекс методов, позволяющий определять различны' характеристики процессов горения и других физических процессов имеющий ряд преимуществ * перед другими методами исследования Некоторые выявленные возможности, в тех или иных условиях являются уникальными.

Разработанные методы и полуавтоматизированный диагностически] комплекс, подготовленный на их основе, применяются при проведени! НИР и УИРС, проводимых на кафедре теплофизики Чувашскоп госуниверситета ■ кафедре физики Московского государственное открытого университета.

Некоторые из ранее разработанных методов внедрены и Государственном институте прикладной химии С г. Ленинград}, I Научно-исследовательском институте химических продукте!

С г. Казань?.

Отдельные части представленного в работе материал;

используются при чтении курсов лекций "Физика горения", "физикг Оыстропротекающих процессов", "Голография", а также при выполнен«! курсовых и дипломных равот студентов в Чувашском госуниверситете. Опубликовано 2 учебных пособия.

Автором выносятся на защиту: -комплекс интерференционных методов исследования процессот

горения,

-полученные в работе данные о характеристиках горения к-систем, -полученные в раОоте закономерности процесса зажигания и гореню исследованных в раСоте составов.

Апробация раВоты. Материалы диссертации представлялись на 6-1( Всесоюзных С Российских} симпозиумах по горению и взрыву (Алма-Ата, 1980; Черноголовка, 1983; Ташкент, 1986; Суздаль. 1989; Черноголовка, 1992) , 2-4 Международных семинарах по структуре пламени С Новосибирск, 1986, 1992; Алма-Ата, 19893, 1 Всесоюзно!-симпозиуме по макроскопической кинетике и химической газодинамика САлма-Ата, 19843, 4 Всесоюзной конференции "Кинетические » газодинамические процессы в неравновесных средах" (Москва, 1988) , на Международных симпозиумах по прикладной оптике С Сан-Диего, США, 1991 и 16933, 1 Всесоюзной . конференции "Оптические методь исследования потоков" С Новосибирск, 19913, 24 и 23 Между на родны? симпозиумах по горению ССидней, Австралия, 1992; Ирвин, США,

19943 , Международном симпозиуме по бесконтактным методам диагностики горения (Шевенинген, Нидерланды, 1693). Международной конференции по горению (Москва - Санкт-Петербург, 19935, Российско-Японском семинаре по горению С Черноголовка, 1033), 1 Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 1994), Международном симпозиуме по аэрозолям (Москва, 1Э94).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 работ.

Об-ьем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и изложена . на 173 стр. , включающих в себя 146 стр. машинописного текста, 45 рисунков, 17 таблиц. В первой глава проведен анализ процесса горения как объекта экспериментального исследования, изложены основы интерферометрии и приведен обзор литературы по применению интерферометрии в исследовании процессов горения. Во второй и третьей главах описаны разработанные методы диагностики процессов горения С гл. 23, газодинамических процессов, процессов

комбинированного теплообмена и взаимодействия излучения с веществом С гл. 33. В четвертой глава изложены метрологические аспекты разработанных методов и проведено сравнение

интерферометрии с другими методами диагностики горения, описана полуавтоматизированная система расшифровки' интерферограим. В пятой главе показаны возможности интерферометрии при проведении экспресс-анализа процессов горения. В заключении рассмотрены перспективные области применения интерферометрии.

Содержание работы

Глава первая. Процесс горения - совокупность нескольких физических и химических процессов (стадий), протекающих как последовательно, так и параллельно. Это выделяет его среди остальных физических процессов и определяет особенности задач его диагностики. При изучении механизма различных режимов горения, построении модели явления необходимо одновременное определение нескольких характеристик процесса. Поиск и разработка методов, позволяющих "комплексно" измерять разнообразные характеристики горения,является актуальной задачей.

Интерферометрия позволяет определять распределение в объеме различных характеристик объекта, связанных с показателем

преломления.

Ограниченность применения интерферометрии (как по

интенсивности использования - числу работ, так и по роду решаемых задач) была связана > по мнению автора. с недостаточной методической разработанностью: отсутствовал подход к определению полей температуры для сложных реагирующих систем, в частности, пламен к-систем, использовались не все принципиальные свойства и возможности интерферометрии I как с точки зрения количественных исследований • так и при визуализации и качественном анализе процесса.

Глава вторая. В начале главы излагаются новые возможности применения интерферометрии для визуализации процессов горения.

Приведена методика совместного применения интерферометрии и метода прямой фотографии, расширяющая возможности интерферометрии как метода визуализации. Особенность методики в том, ■ что в эксперименте используется только одна оптическая схема регистрации и одна кинокамера, ■ что обеспечивает автоматическое соответствие обоих изображений во времени.

Получение кинофильмов, на кадрах которых одновременно регистрируется и интерферограмма и прямая фотографии« процесса горения, проводится с помощью голографического интерферометра, собранного по обычной двухлучеэой схеме. Особенность методики заключается в способе регистрации интерференционной картины. Она регистрируется не в направлении рабочего пучка, как обычно, а в Направлении опорного пучка. Поскольку при этом, в отличие от обычного способа, направление, по которому излучение пламени попадает в объектив кинокамеры, и направление, по которому регистрируется интерферограмма, не совпадают, прямая фотография пламени и интерферограмма получаются в разных частях кадра кинопленки н не накладываются друг на друга.

Использование данной методики помимо возможности одновременной регистрации двух принципиально отличных "образов" одного и того же объекта имеет то важное преимущество, что при сильном собственно»-свечении объекта на качестве интерференционной картины не будет сказываться засветка от пламени, поскольку они разделены I плоскости регистрации. Последнее часто встречается I

интерферометрии сильносветящихся объектов при обычной методике регистрации.

На рис. 1 приведены примеры применения данной методики.

Интерферометрия ранее применялась для визуализации тольк<

газовой фазы горения С визуализация части волны горения■

находящейся в газовой фазе). В работе показаны возможности визуализации "полной структуры" волны горения С одновременно в конденсированной и газовой фазах) для прозрачных моделей конденсированных систем. Исследовался процесс зажигания образцов ПММА излучением СО^-лазера. В качестве образцов использовались параллелепипеды (20x30x303 мм и пластинки ПММА небольшой толщины. Интерференционные кинофильмы процесса - формирования н

распространения волны горения были получены с . помощью. голографического интерферометра. На рис. 2 приведены кадры одного из полученных кинофильмов.

Анализ полученных кинофильмов позволил выявить ряд стадий процесса зажигания, идущих как последовательно, так и параллельно. Среди них можно выделить:

-создание прогретого за счет излучения лазера слоя, -возникновение напряжении в объеме образца ПММА С упругая деформация образца как целого),

-газификация, воспламенение продуктов газификации, распространение фронта воспламенения к образцу и стабилизация пламени над образцом,

-увеличение степени деформации в объеме образца после стабилизации пламени,

-создание прогретого за счет теплопроводности от пламени слоя, -перестройка общего прогретого . слоя в процессе горения, -выгорание образца, образование "конуса" выгорания С за счет самофокусировки лазерного излучения в веществе образца) и перестройка прогретого слоя.

В рамках данной работы изучались также возможности голографической интерферометрии при визуализации и проведении количественых исследований пламен, находящихся в прозрачных цилиндрических камерах сгорания. Подробно эти вопросы рассмотрены в работах автора {1,5]» а также в [ 11). Здесь же стоит только отметить, что существуют разнообразные возможности визуализации процесса и его качественного анализа, но при проведении количественных исследований имеется ряд трудностей, не позволяющих пока с требуемой в интерферометрии процессов горения точностью проводить количественную обработку интерферограмм. Среди них: -неравномерный и нестационарный нагрев стенок камеры,

-неравномерное искажение масштаба изображения области внутри камеры 15].

-загрязнение стенок камеры конденсирующимися на стенках продуктами горения С при исследовании горения к-системЭ.

Определение через поле показателя преломления • п поля температуры Т - традиционная задача интерферометрии физических процессов. Для исследования реагирующих систем в работе получены новые формулы, учитывающие при определении полей Т и плотности в пламени изменение химического состава газа и числа молей в процессе горения. Они имеют общий характер и применимы для различных реагирующих систем. Суть их в следующем.

Формула связи между п й термодинамическими параметрами среды в случае реагирующих систем имеют следующий вид С формулы приводятся для объектов цилиндрической симметрии: г - радиус, у - координата по оси симметрии};

T(r,у) - poM(r,y)/R tn(r.y) - Ц. (1)

где р - давление окружающей пламя среды, MC г. у ) -kC г. у ) /J ( г, у ) распределение значений молярной рефракции в объеме пламени, КС г,у) - распределение значений постоянной Гладстона-Даля С удельной рефракции), р(г ,у ) - распределение молярной массы, R универсальная газовая постоянная.

Изменения К в волне горения С пламени) определяются изменением состава газа в пламени и числа молей в процессе химических реакций, а также за счет диффузии, в том числе и за счет диффузии в пламя окружающей среды. Как показывают расчеты, проведенные автором (10] для разнообразных систем, наиболее существенно изменение M в ртредреакционных зонах диффузионного пламени С до SO . . . ÎOOH) . Для пламен предварительно перемешанных систем изменение M находится в пределах 2 . . . 30V..

Возьмем в качестве примера газовое диффузионное пламя, представляющее собой систему, в которой зона холодного горючего газа и зона холодного окислителя разделены зоной реакции и зоной продуктов горения.

Если С13 рассмотреть в предположении подобия изменения Т и концентрации Сто есть Ю: (T-Tmax) / <T0~'rmax>"(M-Mj<)/(Ï^-M^ тс например, для области диффузионного пламени, начиная с зоны холодного горючего газа до конца зоны реакции, где достигаете« максимальная температура Т . можно получить следующую формулу ;

р (М Т -М.Т )

Т(Г.у)--------------------, С 25

Н[п(г.у)-1](Ттах-То) + Р0(М0-Мк)

где Мо~ молярная рефракция горючего газа. Т - начальная температура горючего газа, И^— молярная рефракция конечных продуктов, горения. В случае горения жидкости, полимеров или к-систем Мо соответствует молярной рефракции паров жидкости, продуктов газификации полимера или к-системы соответственно, а Т^ — температуре поверхности горящей жидкости, полимера или к-системы. Значение Т^ определяется по формуле С13 при М(г.у5-Мк- Отметим здесь, что С23 мало чувствительна к небольшим ошибкам в выборе значений Т С <ПУ(1Т «а 0.2 ...0.25) , что имеет значение при определении полей температуры в пламенах порохов и других к-систем, где существуют трудности в определении температуры поверхности.

Для пламен предварительно перемешанных систем М - это молярная рефракция начального состояния смеси газов С холодной горючей смеси газов для кинетических газовых пламен, смеси продуктов газификации горючего и окислителя - для пламен смесевых к-систем и т. д. 3

На рис. 3 приведены поля температур С КЗ в потоке продуктов газификации и горения пироксилина в начальные моменты процесса зажигания Сем. также данные по максимальной темепературе в пламенах других к-систем, приведенные в табл.13.

Интерферометрия является по своей сути интегральным методом: непосредственно измеряемая в интерферометрии величина -распределение разности фаз в плоскости интерферограммы Э (х,у, 1:) есть интеграл от разности между показателем преломления невозмущенной среды, окружающей объект, и показателем преломления в нем:

za (х,у,1:)

3(х,у. (:) - (1А) I [по-п(х,у,г.г)1<1г , С4Э

(х.у, и

где ¡5Сх,у, 1) измеряется в единицах 2П ,t - время, X длина волны источника света интерферометра, по_ показатель преломления невозмущенной среды, окружающей пламя; х.у.г — декартовы координаты, ось 0г совпадает с направлением просвечивания пламени, и гг точки и выхода лучей света в пламя и из пламени.

Обычно, при применении интерферометрии в количественных

исследованиях, сначала решалась так называемая обратная задача оптики: определялась, если это было возможно, функция п(х,у,г,1), а затем интересующие исследователя характеристики.

В основной части данной главы излагается новый подход к интерферометрии процессов горения, основанный на прямом использовании этого свойства метода Ссвойства интегральности), а также свойства панорампостн С возможности визуализации всего объема объекта в целом).

Данный подход позволяет определять как "традиционные", так и "нетрадиционные" характеристики волны горения; величины, которые характеризуют процесс горения как целое С интегральные характеристики) , и величины, усредненные по массе газовой фазы горения, ее объему или сечениям потока газовой фазы. Определение их. осуществляется Без расчета распределения п, р. Т и т. д.

Развитие данного подхода позволяет подойти к решению экспериментально трудноразрешимых задач' газодинамики и

теплообмена, а также других физических процессов Сем. гл. 3 и Заключение) .

Суть подхода в следующем.

Если взять двойной интеграл по х, у от обеих частей С 4) , то можно получить следующее уравнение

г2(х,у. и г2{х,у.и

М13(х,у, 1)с1хс1у-пI сМуйг - I п(х,у,г, t )йх<1ус1г, г1(х,у,Ъ) г((х,уЛ)

где двойное интегрирование ведется в пределах изображения пламени на интерферограмме. Левая часть носит название эйконала С в дальнейшем будем обозначать ее 1С О > .

Перенеся второй С в правой части) интеграл влево, а эйконал вправо, получим:

I ли.у.г.иаУ - п УС и - 1С и С 5)

°

Из С 5) видно, что для определения интеграла от любой характеристики пламени, линейно связанной с п, необходимо знать по объем пламени V и его эйконал. Определение последнего представляет собой задачу интегрирования двумерной дискретно заданной функции.

Как показано в работе автора [10] > изменение постоянной Гладстона-Даля в волне горения в процессе химических реакций не превышает, в большинстве случаев, 1 ...1024. Тогда с погрешностью не Солее 5Я уравнение Гладстона-Даля можно переписать как:

р-с п-13/к .

где к* _ среднее значение постоянной Гладстона-Даля.

Подставив его в С 5) , и учтя, что интеграл от плотности есть масса т. получим следующую формулу, позволяющую определить массу газа в пламени:

Ш-{(По-1)и - И/К* С63

Отметим здесь как важный случай, что если окружающая среда -вакуум (П^-1 03 или относительно оОъекта ее можно рассматривать такой, т.е. (г»0—1)V « I, то. с учетом того, что при по< п. величина Б в С 43 имеет знак минус:

ш-1/к* <73

Это показывает, что массу объекта можно определить, даже не зная его объем. К этому случаю можно отнести, например, истечение струи в вакуум или область пониженного давления, истечение плотной струи в среду, находящуюся при нормальных условиях.

Важно также отметить, что не требуется определение объема неоднородности, например, в случае истечения струи в замкнутое пространство, изображение которого полностью входит в поле зрения интерферометра. К такому случаю можно отнести также практически важный случай истечения струи с образованием ударной волны С в течение времени, пока образовавшаяся ударная волна полностью видна в поле зрения интерферометра).

Это объясняется следующим. Формула С 63 позволяет показать , в чем заключается физический смысл эйконала:

1/к - 1(по-1)У/к - ш] - ро\1 - го - то-ю - Дт, С8)

из чего видно, что эйконал, отнесенный к постоянной Гладстона-Даля, выражает собой разницу в массе среды, находящейся в поле зрения интерферометра, до и после появления объекта.

В замкнутом пространстве С в пространстве, из которого нет оттока вещества) разница масс Дт возникает только за счет притока массы в данное пространство, т.е. 1/к в каждый момент времени выражает поступившую массу газа струи.

Отметим здесь также, что С 8) показывает, что по интерферограмме можно определить такую "необычную" характеристику, как "Архимедову подъемную силу", действующую на нагретый газ

Ра-(ш0-т)д-(1/к)д,

что может быть полезно при изучении влияния конвекции на устойчивость пламени.

Масса - одна из основных характеристик термодинамической

системы. При известном объеме, давлении и уравнении состояния она

позволяет определять другие термодинамические характеристики: M M

-температуру Т -р^ V/J /mR. соответствующую уравнению газового сотояния для изобарных процессов, где средняя молярная масса;

-изобарный тепловой эффект (будем называть его в последующем * *

энтальпией) H-mc^ (Т -Т0 ) , где с^-а+ЬТ -средняя по составу удельная теплоемкость смеси газов;

- среднюю удельную энтальпию и плотность энтальпии: H "H/m и Hv-H/V.

Рассмотрим дальнейшие возможности интерферометрии,

открывающиеся в связи с возможностью определения интегральных термодинамических характеристик.

В процессе зажигания к-систем конденсированное вещество превращается в газ, при этом убыль массы образца равна увеличению массы газа. Если взять начальный период процесса, когда весь поток газа, оттекающий от поверхности образца, виден в поле зрения интерферометра Сна хинофильме это выглядит как образование восходящей "колонки" газа, постепенно заполняющей поле зрения интерферометра), по кадрам интерференционного кинофильма с помощью С6) или (73 можно получить зависимость массы образующегося газа от времени m(t) . Дифференцируя m(t) по времени, можно получить временную зависимость массовой Скг/сЭ скорости горения m* (t).

При известной или определенной каким-либо способом площади горения Sk можно найти среднюю массовую С кг/с смг3 скорость горения m'e"m*/Sk> среднюю линейную U=m' /SkPk, где плотность

образца.

Определив профиль средней плотности потока продуктов горения

*

р (y)-m(y)/V(y) , где у - координата по направлению потока, m (у) и V(y) - масса и объем сечения-слоя перпендикулярного у, в рамках

псевдоодномерного приближения можно определить профиль усредненной

*

по сечению линейной скорости потока «С уЭ -го* /р С уЗ Sr< уЭ . где Sr -площадь сечения потока.

Реактивная сила потока и перепад давления у поверхности образца могут Сыть определены по формулам:

F -m*t> „ i Др-F /Sb,

р у "О г р к

где величина °уто ~ средняя линейная скорость потока в сечении у поверхности образца. ОС-ьем сгоревшей части образца и средняя глубина выгорания {толщина выгоревшего слояЭ - по формулам:

(

Некоторые экспериментальные результаты, полученные при исследовании зажигания модельных образцов к-систем. приведены на рисунках: на рис.4 - кадры интерференционных кинофильмов Сем. также рис. 6,7); на рис. 3 - зависимости массовой скорости горения и мощности тепловыделения от времени в начальные моменты процесса зажигания Сем. также табл. 1., обобщающую результаты, полученные в экспериментах по исследованию процессов зажигания к-систем).

Аналогично определению нестационарной массовой скорости горения при зажигании к-систем может Выть определена

нестационарная мощность тепловыделения в газовую фазу Н' (1) С путем дифференцирования зависимости количества тепла, выделяющегося в процесса зажигания в газовую фазу Н(^).

После определения Н'(<:) можно определить следующие величины: -тепловой эффект физико-химических процессов С химических реакций) в системе в целом С образец+г—фаза), после установления

стационарного режима выгорания при действующем лазерном излучении:

Охр-Чхр/т'"(Н'-Чл)/т'-

где а - мощность тепловыделения за счет химических реакций, о -хр л

мощность лазерного излучения, а радиационными потерями ч можно пренебречь С кондухтивные и конвективны© потоки тепла в окружающую среду визуализируются на интерферограмме и, тем самым, учитываются). Приведенная формула основана на равенстве Н' "Чл+ЧХр' -тепловой эффект химических ' реакций в газовой фазе (если пренебречь радиационными потерями из I—фазы и поглощением в ней излучения, а также кондуктивным теплообменом I—фазы и образца):

со-ш* и)-дк о(и]/т'си,

где о (У , 1) - конвективный поток тепла с поверхности

к, о у о

к-фазы в I—фазу С (уо, Ь) - удельная энтальпия г-фазы в сечении на уровне поверхности образца!.

Оценку можно проводить в любой момент процесса

зажигания. Формула основана на равенстве: Н'"Чхр+Чк 0--тепловой эффект химических реакций в к-фазе С при установившемся стационарном режиме выгорания):

Эта величина может быть полезна при изучении выхода на режим горения после сброса излучения, поскольку позволяет оценить

соотношение О^/Од (двух источников тепла, действующих в системе) ,

где 0Л"ЧЛ/Ч1' ~ тепловой эффект лазерного излучения; и ^

(соотношение "собственного" тепловыделения в системе и

теплолотерь), здесь 0~ЧК 0/т' ~ тепловой эффект конвективных

теплопотерь. Последняя величина представляет самостоятельный

интерес, так как конвективный унос газообразных продуктов наиболее

существенный источник теплопотерь из к-фазы). Формула основана на . к

равенстве: а +□

^к, о чл мхр

Полученные экспериментальные результаты приведены в табл. 1.

Рассмотрим некоторые дополнительные возможности использования временных зависимостей интегральных характеристик , С массы, энтальпии, удельной энтальпии) при исследовании нестационарнь!х режимов "развитого" горения, в частности, исследования отклика на сброс лазерного излучения при зажигании к-систем. Речь будет идти о возможностях определения нестационарной скорости горения и мощности тепловыделения, определения характерных частот и времен процесса, возможностях оценки размеров различных зон волны горения С толщины прогретого слоя, толщины реакционного слоя к-фазы и т. д.).

На рис. 6 приведены кадры интерференционного фильма начального периода процесса зажигания образца ПХА+ПММА+РегОа, а-1,0 С верхний ряд) и отклика на сброс лазерного излучения С нижний ряд), а также соответствующий график изменения средней удельной энтальпии Н^ потока газовой фазы, видимого в поле зрения интерферометра. Приведены также данные по щ и Н в начале зажигания.

На рис. 7 приведены аналогичные данные для пироксилина. В отличие от предыдущего случая, когда после сброса , излучения образец вышел на режим "собственного" горения, в данном случае образец после сброса излучения спустя некоторое время погас.

Рассмотрим те особенности процессов, которые позволяет выявить

*

анализ интерференционных кинофильмов .

* Сразу же важно отметить, что в экспериментах, цель которых исключительно определение нестационарной массовой скорости горения, можно обойтись без определения объема потока продуктов газификации: т' -С1/Ю 91/дЬ. _ В основе ее - иная форма записи уравнения интерферометрии С 4) - см. гл.3, формулу С13).

Для пироксилина, после развития процесса газификации при

действующем лазерном излучении, в течение времени 1-0.024' ...0,044 с, считая от начала действия лазера, наблюдалась квазистационарная газификация, затем возникли колебания потока Сем. график Н С О для Ъ в районе О. ЮО с, эти колебания видны и на кадрах кинофильма). По характеру они соответствуют ранее предсказанному режиму периодических "тепловых взрывов" II], частота их около 30 Гц. После сброса излучения С 1»0. 20 с) начались резко выраженные колебания потока газификации с частотой 60 ...ЮО Гц. В верхней части потока визуализируется нестационарный фронт воспламенения, • стремящийся распространиться вниз к образцу. фронт воспламенения не достигает поверхности, сносится вверх и образец погасает С 1-0.260 с). !

Для системы на основе ПХА и ПММА С рис. 7) после установления пламени над образцом наблюдается стационарная газификация без колебаний. После сброса излучения, спустя некоторое время, наблюдается отклик процесса С см. график Н С О в районе 1-0. 23 с) , после которого устанавливается стационарная интерференционная картина, аналогичная по форме той, что существовала перед сбросом.

В табл.1, приведены данные, позволяющие объяснить приведенные вьше наблюдения. Как видно из таблицы, для пироксилина тепловой эффект химических реакций в к-фазе почти в два раза меньше "теплового эффекта" лазерного излучения. После сброса излучения это приводит к резкому изменению теплового Баланса. Переход от режима горения под действием лазерного излучения с аномально высокой линейной скоростью С см. табл.1) к режиму горения с "собственной" скоростью существенно нестационарен Сбез стабилизации пламени над образцом или без прогрева образца он заканчивается погасанием). Для образца на основе ПХА и ПММА с

к

добавкой Реа0а , наоборот, 0 ^существенно больше , поэтому

сброс излучения отражается в виде относительно небольшого колебания тепловыделения С изменение удельной энтальпии газовой фазы в процессе отклика составляет около 20Ю.

В табл. 1 приведены также данные для еще двух ° модельных смесевых композиций, полученные при поджиге, как и для пироксилина, лазером с Х-1.06 мкм (лазер ЛТН-101). Поверхность их покрывалась тонким слоем графита толщиной й 0.005 мм, так как эти образцы плохо поглощали излучение с данной длиной волны - Без графитирования поверхности они не зажигались в течение нескольких секунд. В отличие от пироксилина и образца с добавкой Ге 0 выход

на режим горения для оСоих образцов произошел Оез колебаний. Сорос излучения совершенно не отражался на структуре потока газовой фазы горения. Для них принят Я; О С по причине изложенной выше? , очень велик, именно поэтому сброс излучения не отражается на характере горения. Следует отметить, что фактически сброс излучения для данных образцов происходил в начале процесса зажигания - после уноса слоя графита. В это время СI ¡с 0.02 с) линейная скорость горения лишь незначительно С примерно в два раза) превышала характерную для данных условий линейную скорость горения С в отсутствие лазерного излучения).

Рассмотрим более подробно особенности процесса отклика и некоторые дополнительные возможности интерферометрии.

В процессе отклика происходит перестройка структуры волны горения.. На кадрах интерференционного кинофильма это отражается в переходе от одной стационарной интерференционной картины, соответствующей установившемуся режиму горения при действующем лазерном излучении, к другой - сответствующей "собственному характерному для данного состава и внешних условий .установившемуся режиму горения. Между ними интерференционная картина процесса нестационарна. Время существования этой нестационарной картины и есть характерное время переходного процесса. Оно, в соответствии со структурой волны горения, в свою очередь может быть разделено на ряд составляющих, сответствующих откликам различных зон волны горения. На рис. 8 для образца с добавкой Ре 0априведены графики изменения массы и энтальпии области потока газовой фазы горения, видимой в поле зрения интерферометра. Общее время переходного процесса составляет 0.09 с.

Прежде чем перейти к дальнейшему анализу всего переходного периода в целом, рассмотрим еще раз вопрос определения нестационарной массовой скорости горения в начальный период процесса зажигания. Определение нестационарной массовой скорости горения в начальный период процесса зажигания возможно, когда весь поток газа, оттекающий от поверхности образца, виден в поле зрения интерферометра. Это ограничение является достаточно серьезны* ограничением по времени. Для интерферометров с полем зрения % 0. время, в течение которого возможно определение т' (Ъ) при среднее линейной скорости потока газа равной 2 м/с, составляет около 0.05с.

В период развитого горения на интерферограмме видна част! потока продуктов горения, ограниченная полем зрения

интерферометра. Скорость изменения массы этой части со временем М* С 13 связана с массовой скоростью горения щ* С притоком гаэаЗ и массовой скоростью оттока газа за границы поля зрения интерферометра V' (Ъ) следующим образом:

М' (Ь)-ш' (О-л»' (1) или т' (О-М* (1).

Таким образом, для определения массовой скорости горения ' требуется определить скорость изменения массы газа в поле зрения интерферометра, что делается обычным образом, и определить скорость оттока газа через границу поля зрения интерферометра V»' (4.). Определение V»' требует или другого метода или оценочного расчета характера (t')■

Рассмотрим последнюю возможность.

С учетом того, что V' отражает с определенным временным запаздыванием т значения ш', можно записать следующее дифференциально-разностное уравнение с запаздывающим аргументом:

т' (Ь)-М' т+т' «:-т) Возможности его прямого решения недостаточно развиты в литературе, особенно для случаев, когда в уравнение входят экспериментально измеренные величины С с погрешностями) , поэтому в работе использовались приближенные методы последовательного решения.

Суть наиболее простого из них в следующем. В стационарном режиме горения М' (Ъ) -0. т'~У»'. Поэтому сначала, для начала- процесса отклика, определяется промежуток времени ДЪ^ /т' , в

течение которого V1 (I)"Ш' ) . Тогда:

га'^т-М'^т+т' ао).

где ~ скорость горения в течение промежутка времени Д^, а

М'д^ (^-скорость изменения массы в течение этого промежутка времени. 1

Далее определяется среднее значение т1 За Д^ - т'^СД^Э, определяется промежуток времени Д^^^^ЛЬ^/т' СА^Э, в течение

которого V1 ~ ГП1 СДЪЭ. Тогда для промежутка времени :

Ср 1 2

т'д*Ш"М'дъи)+Ш'со(А1Ч) ИТ-Д'

2 Л У

Расчет отклика мощности тепловыделения аналогичен. На рис. О для образца ПХА+ПММА+Ге20> приведены полученные графики и Н'(Ь), соответствующие графикам рис.8.

Из них видно, что сначала, отклик выражается в спаде1 значений пГШ и Н'(Ь). Период спада, вероятно, соответствует выгоранию

реакционной зоны к-фаэы со скоростью I уменьшенной вследствие

уменьшения теплосодержания зоны из-за сброса лазерного излучения.

Тогда толщина реакционной зоны к-фазы с! ~ и /т , где т -время,

рз ср рз рз

соответствующее участку спада ш' , а средняя линейная скорость

горения в этот период.

После периода спада следует участок роста т'^) и Н'^). Он,

вероятно, соответствует ускоренному выгоранию прогретого слоя,

сформировавшегося при действующем лазерном излучении, когда

скорость горения Выла велика, а прогретый слой относительно мал.

Тогда толщина этого прогретого слоя <1 —и /т . где т - время

п ср п п

ускоренного выгорания.

Обобщая вышеприведенное, для оценки толщины произвольной зоны

волны горения можно написать: <1. % V /т , где V — линейная-

I О I о

скорость перемещения вёщества в 1—той зоне, а т — время

отклика а-той зоны.

В табл. 1 приведены данные анализа откликов на сброс лазерного

излучения: толщина слоя образца, при выгорании которого

завершается отклик процесса в к-фазе в целом - ^ОПц> толщины

к г

реакционных зон в к-фазе й ив газовой фазе б , толщина

рз рэ

прогретого слоя к-фазы <1^.

Интерферометрия позволяет в течение начального периода процессов зажигания к-систем определять временную зависимость полной работы образования газа: ГП~РСV» где р^-давление окружающей среды, У-оОъем газа» образующегося при зажигании к-систем.

При воспламенении продуктов газификации в процессе зажигания к-систем некоторые моменты времени соответствуют максимальной для данных условий эксперимента реализациии энергетических

возможностей исследуемого образца к-системы.

Это позволяет в соответствии с определением понятий внутрибаллистических характеристик к-систем с помощью щи Г^ рассчитать:

- силу пороха Р-тах[Гпи)/ти) ];

-удельный и единичный импульс V [2у/(у-1) и 1-Т /д;

с с

-удельное газообразование V -тах[\/(0/т(1.) 1 . Здесь у- показатель адиабаты продуктов горения.

В этих условиях возможно также определение энергетических характеристик:

-количества тепла, выделяющегося при сгорании единицы количества вещества :

Е^-тах[Ни)/л/т(и ] , где р-молярная масса вещества к-системы;

-количества тепла, выделяющегося при сгорании единицы объема вещества:

Е -гоах1Ни)/У <и). "к

где У^-объем сгоревшего вещества.

Для определения этих величин необходимо знание именно интегральных характеристик процесса горения исследуемого топлива. Наиболее оправдано применение данной методики при сравнительном исследовании различных составов. Результаты приведены в табл. 1.

В период стационарного горения интерферометрия позволяет

определять стационарные профили удельной энтальпии Н С у),

плотности энтальпии Н^С у), средней . по сечению потока линейной

скорости газа *>(у) и средней плотности р* Су) С здесь у - координата

по направлению потока). В свою очередь, эти профили в рамках

псевдоодномерного приближения позволяют определять:

-профиль конвективного потока тепла: q (у)-ра'Н (у);

к у

-профиль средней по сечению потока скорости тепловыделения:

Ф (у)-[<1Ну(у)/<1у]о(у). На основе уравнения теплового баланса С уравнения теплопроводности) это позволяет,- в принципе, определить и профиль кондуктивного потока тепла.

Глава третья. В данной главе рассмотрены возможности дальнейшего развития разработанного подхода к интерферометрии С на основе прямого использования свойства интегральности) и решения с его помощью некоторых "трудных" задач экспериментальных исследований в газодинамике, при исследовании процессов теплообмена и взаимодействия излучения с веществом.

В газодинамике существует большое количество практически важных задач, в которых необходимо определение не распределения каких-либо локальных параметров, а определение интегральных, общих характеристик объекта, описывающих объект и его динамику в целом.

Рассмотрим в порядке обобщения результатов, изложенных в гл.2, задачу определения интегральных газодинамических характеристик в общей постановке.

Импульс потока ■ На рис. 10 представлена схема нестационарного

потока , полностью видимого в поле зрения интерферометра. Общая

площадь поверхности потока S . Проекцию полного механического

с

импульса на ось X можно записать как:

Pv(t)-f р(г ,t)U (г, t)dV (10)

* v

с

где t- время, i—радиус-вектор, V - объем рассматриваемой части потока, р- плотность, Ц- скорость.

Правую часть уравнения С103 можно представить как разность двух интегралов:

Pv(t)-J div[x p(r.t)U(r,t)]dV - I х div[р(г,t)U(г,t)JdV (11)

с с

Используя теорему о дивергенции для второго интеграла:

divtptr.t)U(r.t)) - -9p/3t.

и преобразуя 1-й интёграл в интеграл по полной поверхности

рассматриваемой части потока, можно записать:

Pv(tj-J ix dp/dtJdV + Г X(pU.dS)

VC

Для проекции импульса части потока, содержащейся между сечениями S^h Sa , это уравнение может быть переписано-.

Pv(t)-X Ix <?p/3t]dV - х I pU dS + X I pU dS -

- I Ix 9p/9tldV - x (dm/dt) + x (dm/dt) , ¿12)

v » z

с

где m- масса газа, dm/dt- массовая скорость потока. Для случая, соответствующего рис.10, dm/dt представляет собой изменение во времени массы головных частей потока, отсеченных сечениями с координатами х^ и . от общего тела потока. Таким образом, задача определения импульса сводится к задаче определения производной от плотности по времени и массовых скоростей потока через сечения S и

Sa'

Рассмотрим, как могут быть связаны импульс . газового потока и распределение разности фаз на интерферограмме (в отличие от предыдущей главы обозначим ее L(х,у)• С помощью одного из вариантов уравнения интерферометрии

Ч 4

L(x,y.t)-(1/X) I nQdz - (1/X)J n(x,y.z,t)dz, C13) о о

где 1 ^ и 12 — геометрические длины опорного и рабочего плеч

интерферометра, и уравнения Гладстона-Даля n-1-kp можно получит!

следующую связь:

L(x.y.t) - A-(k/Mf р(х.у,z.t)dz, <13')

о

где А и 1 - неопределяемые в эксперименте, но постоянные во времени величины.

Используя (13'3, первый интеграл в (12) можно записать как:

J [X ар/аt]dV - -(X/k) X х (3L/at)dxdy d«

V о

С 12

В (14) с,12~ область интерферограммы, где х(< X < Х2-Аналогично для массовой скорости потока получим:

(dm/dt)_ - -(X/k) J (dL/3t)dxdy

где et - область интерферограммы, где х>х^. Подставляя (14) и (15) в (12) получим:

Р (t> — (X/k)[Jx(0L/3t)dxdy + x2f(öL/dt)dxdy - xj (3L/at)dxdy]. C16)

о a о

12 23 13

где интегрирование ведется по следующим областям:

о -между сечениями с координатами х и х , о — X и х, о — х

12 1 2 23 2 Э 13 1

И х (Рис. 10) .

9

В качестве рримера данного подхода рассмотрим начальную фазу истечения осесимметричной струи из сопла С ее аналог - импульсная струя газа при зажигании к-систем лазерным излучением). Для этого случая направление вектора полного импульса совпадает с осью симметрии. Используя (16) и принимая во внимание, что весь поток виден в поле зрения интерферометра, получим:

P(t) - -(X/k)J(х - хс)OL/at)dxdy где х - координата края сопла. А для реактивной силы струи:

F(t) - -(X/k)J(x - xc)(»aL/atz)dxdy

На рис.11 приведены экспериментальные данные для начальных моментов процесса развития струи потока продуктов газификации при зажигании пироксилина лазерным излучением С кадры

интерференционного фильма те же, что и на рис. 7)

Дальнейшее развитие данного подхода при исследовании газодинамических процессов показывает, что существуют возможности определения полей скоростей и давлений в потенциальных нестационарных течениях 120], например, при воспламенении горючей смеси от искры [26] возможно определение распределения скорости

давления газа по радиусу образующегося сферического пламени. Изложение этих и других возможностей выходит за рамки данной работы.

Как показано в главе 2, интерферометрия позволяет определять количество тепла, содержащегося в оптической неоднородности. В случае нестационарной оптической неоднородности это позволяет определять скорость изменения количества тепла, плотность потока тепла и т. д.

При изучении теплопередачи в потоке, используя методики, ■ изложенные в главе 2, можно измерить характеристики теплопередачи от нагретого потока стенкам канала или обтекаемому телу. При этом вместо скорости тепловыделения в уравнениях будет стоять скорость теплопотерь в потоке. Возможно изучение теплопередачи от нагретого тела или нагретых стенок канала потоку.

В данной части работы приведен пример использования интегрального подхода к интерферометрии при исследовании конкретной задачи теплообмена. Особенность и трудности решения данной задачи в комбинированном характере теплообмена: теплообмен осуществляется всеми тремя возможными способами С излучение, теплопроводность, конвекция).

Исследование теплообмена £ окружающей средой источников тепловой энергии на основе образцов СВС С самораспространяющийся высокотемпературный синтез) .

Создание компактных автономных источников тепловой энергии СИТЭ) является одной из актуальных технических задач. Решение этой задачи может быть осуществлено на основе использования образцов СВС при соответствующей их подготовке и организации процесса горения . Ниже приведены результаты измерения характеристик процесса теплопередачи от ИТЭ на основе образцов СВС.

Исследованные ИТЭ представляли собой стальные цилиндры С гильзы) диаметром 20 мм и длиной 70 мм. Внутрь помещались цилиндрические образцы СВС. Лля определения характеристик теплоотдачи ИТЭ помещались на оси металлической камеры диаметром 160 мм и длиной 240 мм, торцы которой закрывались оптическими стеклами. Вся камера помещалась в поле зрения интерферометра, собранного на основе прибора Теплера ИАБ-458 С схема с тонким

* система ИТЭ на основе образцов СВС предоставлена Мальцевым В. М.

м

22 \ !

■ I

опорным пучком).

На рис. 12 преставлены интерферограммы С избранные кадры интерференционного кинофильма!) процесса теплоотдачи от ИТЭ в объем камеры. Эти интерферограммы позволяют определить временные зависимости количества переданного от ИТЭ тепла — НС О,, мощности тепловыделения Н' С 1) . и на их основе другие характеристики теплоотдачи.

Но здесь необходимо отметить следующее: -на интерферограмме отражается как нагрев воздуха внутри камеры,, так и нагрев окон камеры, причем по интерферограмме их отделить нельзя, хотя это необходимо, так как расчет для газов и для твердых тел требует применения разных формул;

-на интерферограмме не отражается количество тепла,

аккамулирующееся в металлических стенках камеры.

Для преодоления этих трудностей был разработан специальный метод, который можно назвать "методом эталонного процесса".

Из нихромовой ленты была изготовлена геометрически подобная модель ИТЭ С спираль на цилиндрической подложке). Затем было подобрано значение тока и напряжения, при котором характер изменения свечения модели, с начала действия тока, был примерно аналогичен характеру изменения свечения поверхности ИТЭ ,с начала горения образца СВС внутри ИТЭ, и получен интерференционный кинофильм.

Таким образом был получен своеобразный градуировочный график измерительной системы: интерферометр + камера С серия интерферограмм с известным для каждой интерферограммы количеством тепла , выделенным моделью ИТЭ - оно определялось по закону Д жоу ля-Ленца).

По нему С на основе сравнения характерных особенностей интерференционных картин процесса теплоотдачи от ИТЭ и от геометрически подобной ему модели ИТЭ) были получены временные зависимости количества тепла, переданного реальными ИТЭ в окружающую среду, и временные зависимости мощности тепловыделения. Они приведены на рис. 13.

Этот "метод эталонного процесса", как нам кажется, может найти применение в разнообразных, более сложных, в том числе и по геометрии, теплообменных задачах. Достоинство его в тон» что он позволяет проводить измерения в задачах комбинированного теплообмена, когда теплообмен осуществляется одновременно

конвективным, кондуктивным и лучистым С за счет излучения) способами. Для применения его необходимо только получить градуироеочныП график системы интерферометр + окружающая среда с помощью контролируемой модели объекта.

Глава четвертая. Описанные в гл. 2,3 возможности интерферометрии

показывают широкие перспективы использования ее при исследовании

процессов горения и других физических процессов. Но практические

возможности интерферометрии, как и любого метода, определяются ее

метрологическими аспектами.

В данной главе рассматриваются метрологические особенности

"новой" интерферометрии, включающие в себя диапазон измерения

основных из рассмотренных в главах 2, 3 характеристик

погрешности измерения и ряд других обстоятельств.

Диапазон измерений определяется минимальными С чувствительность

метода) и максимальными значениями характеристик, доступных

измерению. Чувствительность определения m и Н можно определить

через минимально измеримую разность фаз S^. . Если ' разность фаз

определяется по интерферограмме с точностью S - О. 1 (обычная

точность) , то минимально измеримые величины m и Н при площади 2

интерферограммы 1 см С натурные размеры) для воздуха С к"=0. £23

3 -5

см /г, с « 1 Дж/г град) при Х.-6 х 10 см будут примерно равны: 3

-5 -3

хЮгивхЮ Дж, соответственно.

При измерениии массовой скорости горения ш' чувствительности

по массе соответствует чувствительность по толщине выгорающего

-5

слоя h . "Ш . /S Р "2 х 10 см - 0,2 мкм С при площади горения к,min min к'к

2 3

Sk~1kcm и плотности образца p^-l.S г/см ), что значительно меньше

толщины реакционного слоя в к-фаэе. Минимально измеримый объем

-5 3

выгорающего слоя V . -2 х 10 см . При обычно используемой при

к,Ш1П 2

изучении зажигания площади "пятна" лазера порядка 0,2 см С диаметр

луча 5 мм) Ък щ^"1 мкм- База измерения Столщина слоя, выгорающего

за время между двумя соседними кадрами интерференционного

кинофильма) hK 0-U/n, где U — линейная скорость горения, п -

скорость киносъемки и составляет обычно около 1 мкм.

Максимально возможные для измерения величины m и Н

определяются полем зрения интерферометра С диаметр его обычно не

более 20 см) , величиной S -100 . [2 ] и составляют С при площади

тах

2 3

интерферограммы % ЮО см 3, соответственно, 3 г и 10 Дж. При

I

использовании метода "эталонного процесса" Скак показано в главе 3) этот предел может Сыть существенно увеличен.

Коридор систематической погрешности определения. температуры в пламени пироксилина, оцененный теоретически по формуле, полученной автором в [10), приведен на рис. 14.

Данный коридор погрешностей Сыл получен с учетом практически всех возможных причин погрешностей при проведении

интерференционных измерений в пламени.

Систематические погрешности расчета Т по формулам, приведенным в главе 2, несколько меньше указанных на рис.14 в связи с тем, что эти формулы используют Солее близкие к реальным значения М Сна основе предположения о подобии полей Т и №.

Все вышесказанное относится к пламенам цилиндрической симметрии.

Рассмотрим причины и примерные величины погрешностей определения интегральных характеристик, а также ограничения на возможность их использования при исследовании процессов горения.

Погрешности расчета интегральных характеристик складываются из: -погрешностей определения основных непосредственно измеряемых в эксперименте величин V и //3(х .у )<3х(1у. которые считается стандартными приближенными методами;

-погрешностей измерения параметров невозмущенной среды СТ°о> р^, поЭ, измеряемых достаточно точными приборами С все вышеприведенные погрешности достаточно малы, исключая погрешность определения V, которая зависит от того, насколько точно известна форма неоднородности). Минимизация этой погрешности достигается

организацией эксперимента и отбором для проведения расчетов симметричных интерференционных картин;

-погрешностей значений различных исходных параметров объекта, связанных с химическим составом газовой фазы горения С молярная и удельная рефракция, удельная теплоемкость, молярная

массаЭ.

Оценку последних проводят на основе брутто-уравнения химической реакции горения конкретной химической системы и табличных данных по параметрам реагентов и продуктов. Оценки изменения М, р и к в процессе реагирования сделаны в работе автора ' (Ю ]. Погрешности использования при расчете их средних значений не превышают 3 ...ЮХ (для пламен к-систем). Величина Ср зависит от состава много слабее, чем от Т, и расчет ее с погрешностью % 105<

можно проводить по составу конечных продуктов горения. При оценке всех этих параметров по конечному составу продуктов горения погрешности их использования стремятся к нулю при повышении общей температуры объекта.

Погрешности использования временных зависимостей интегральных характеристик и их профилей зависят от некоторых конкретных факторов, в частности от тепломассообмена газовой фазы с окружающей средой и справедливости тех предположений, которые лежат в основе используемых уравнений теплового баланса. Отметим, что практически все величины, характеризующие параметры тепловыделения за счет химических реакций, необходимо рассматривать как "результирующие", "эффективные", дающие

алгебраическую сумму тепловыделения и теплопотерь в системе. '

Следует отметить, что чисто теоретическая оценка погрешностей конкретного эксперимента достаточно сложна. . Поэтому

предпочтительнее проводить проверку точности конкретного

эксперимента с помощью модельного эксперимента Скак реального, так и численного).

Например, экспериментальная оценка погрешности определения массы по интерферограмме была выполнена следующим образом. На образцы полимеров с 1К-ной добавкой сажи подавался импульс излучения длительностью 0.1 с. В результате небольшое количество полимера испарялось. Количество испаренной массы определялось взвешиванием образцов до и после эксперимента с точностью до 0.1 нг и определялось по нескольким интерферограммам, соответствующим моментам отрыва образующегося "облака" газа от поверхности образца, т.е. к моменту окончания испарения. Результаты показали, что в среднем разница не превосходит 10У. и находится в пределах точности взвешивания.

Схема численного эксперимента может быть следующей. Задается какое-либо аналитическое распределение Т. Через него определяется распределение р, п. а затем величины Н> Ш, и соответствующее распределение 3(х,у). Затем на Б(X,у), точно соответствующее заданному распределению Т, накладывают различные ошибки, моделирующие реальные, восстанавливают распределение Т, р. п> величины т. Ни сравнивают полученный результат с заранее заданным.

В настоящее время интерферометрия находит применение в основном для исследования процессов горения при давлениях, близких

к нормальном у. Трудности ее применения при Больших давлениях

оБу словлены Большими С при этих давлениях) градиентами оптической

плотности объекта, вследствие чего увеличивается плотность

интерференционных полос и могут возникнуть трудности с их

разрешением при фоторегистрации. С этой точки зрения предел

применимости интерферометрии оБусловлен пределом разрешающей

способности оптической системы интерферометра и фоторегистрирующих

материалов. При принятом в интерферометрии значении S -100 этот

мах

предел соответствует давлению порядка 2. 5 МПа С при толщине пламени. 1 см и температуре около 2000 К). Более существенным является то, что при Больших давлениях поток продуктов горения имеет турБулентный характер, а интерферометрия не является удобным методом изучения турбулентных потоков. Выходом в этом случае может

f

Быть использование других родственных интерферометрии методов, например, метода щели и решетки, для которого можно регулировать характерный размер "псевдоинтерференционных полос" и

дискретизировать в нужной степени структуру объекта С масштаб дискретизации изображения объекта должен Быть Больше

пространственного масштаба турбулентности). Полученные автором примеры применения этого метода для визуализации

термоэлектрогидродинамических течений в электроизолирующих

жидкостях показывают возможность применения метода щели и решетки для визуализации пламен при давлениях порядка ЮО атм.

Необходимым условием применения этого метода при исследовании

турбулентных течений Ca также и интерферометрии) является высокое

-4 • -S

временное разрешение регистрирующей аппаратуры % 10 . . . Ю с С именно Быстрое Беспорядочное изменение структуры' потока вследствие его турбулентного характера является основной трудностью).

Система расшифровки интерферограмм, представленная в данной работе, собрана на Базе персонального компьютера IBM-PC/AT. крейта "Камак" с контроллером и модулем ввода оптического ' изображения "Video-8", черно-Белого контрольного монитора и телекамеры КТП-82. Черно-Белый монитор служит для контроля качества съемки интерферограммы телекамерой.

При работе с данной системой от оператора требуется снять с помощью телекамеры интересующий кадр интерференционного кинофильма и отметить на экране дисплея IBM-PC/AT специальным маркером ряд точек интерферограммы в нескольких ее сечениях. Число -точек обычно

составляет от 20 до 50 в зависимости от сложности интерферограммы. Все остальное, связанное с определением номеров полос, сортировкой отмеченных маркером точек по сечениям, различными арифметическими операциями выполняет компьютер. Методика выбора точек, которые необходимо отметить маркером для различных видов интерферограмм1 описана в работе автора [12].

Глава рятая. Опыт использования интерферометрии в исследовании различных физических процессов, в частности, количественные расчеты, проведенные по различным типам интерференционных картин, позволяют для некоторых задач определять те или иные закономерности и характеристики без проведения количественных расчетов С в режиме окспрес-анализа) . •

В данной главе' рассматриваются примеры применения интерферометрии при качественном экспресс-анализе горения к-систем и обсуждены возможности создания и перспективы использования для качественного и полуколичественного анализа каталога-атласа интерферограмм.

В работе автора [6] проводилось исследование горения модельных смесевых твердых топлив (около £0 различных составов на основе ПММА, ПС, ПХА, ПХК с различными добавками и различным соотношением окислителя и горючего). В экспериментах использовалась методика одновременного получения интерферограмм и прямых фотографий Анализ различий в закономерностях горения проводился без расчета интерферограмм. Полученные кинофильмы позволили выявить, в частности, настационарность режима горения Большинства из исследованных СТТ, выражающуюся в той или иной степени периодической смене значения коэффициента избытка окислителя в поверхностном слое образца во время горения С частота релаксационных колебаний значения коэффициента избытка окислителя от 2 до 7 Гц). Наблюдались эти колебания для систем ПХА+ПММА и ПХА+ПС, причем, как для составов с недостатком окислителя а-0.5, так и для составов с избытком окислителя а-1.5.

В табл. 1, обобщающей экспериментальные результаты, полученные при исследовании процессов зажигания, приведены временные характеристики отдельных стадий процесса зажигания С нагрев, сублимация - газификация, имеющая эндотермический характер; термическое разложение - газификация, имеющая экзотермический характер! воспламенение) и горения С нестационарного горения.

отклика на сброс лазерного излучения} , полученные также Без расчетов интерференционных кинофильмов.

Заключение. В данной части работы обсуждаются задачи и

перспективы дальнейшей работы в области диагностики , процессов горения, связанные с применением интерферометрии, а также других оптических методов.

Перспективы интерферометрии. Если рассматривать только чисто количественные исследования*-- в общем, * интерферометрия позволяет, проводить их в 4-х основных направлениях:

1) измерение полей основных термодинамических характеристик -плотности и температуры;

2) измерение полей основных газодинамических характеристик -скорости и давления для потенциальных течений (в перспективе);

35 измерение основных интегральных термодинамических характеристик газовой системы - массы, объема, изобарного теплового эффекта и работы расширения;

45 измерение основных интегральных газодинамических характеристик — импульса и сил, действующих в потоке.

При исследовании процессов горения наиболее широкие возможности содержит в себе, как видно из результатеув данной работы, 3-е направление.

Наиболее полно могут Быть реализованы возможности интерферометрии при исследовании зажигания конденсированных систем. В табл. 1 обоБщены результаты измерения различных характеристик, полученные в данной работе при исследовании этого режима горения.

Таблица

Исходные данные эксперимента и характеристики процесса зажигания и горения различных модельных конденсированных систем, полученные в экспериментах по зажиганию лазерным излучением

Пироксилин ПХА+ПММА ПХА+ПММА+ ПХА+ПММА+ ПХА+ПС

2!№е203 10% А1

а-1.5 а-1.0 а-1.0 а-1.0

Х.мкм 1.06 " 1.06 10.6 10.6 • 1.06

(Примечание: в экспериментах с Х-1. Об поверхность образца покрывалась тонким слоем графита)

чл'Вт

q ,Вт/см2 чл, s

<5t .с

Л

12

300 0.2

12

300 0.5

7

150 0.2

50

420 0.2

12

300 0.5

<5t ,с

анализа

0.037 0.051

6t .с

нагрева

(задержка газификации)

t .с

начала сублимации

<5t

сублимации '

^начала термического разложения* &t

термического разложения

t , с

начала воспламенения -

6t

воспламенени я

0.078

0.022

0.023 0.029 0.053 0.004 0.058 0.007

0.069

0.021

0.022 0.016 0.038 0.007 0.046 0.007

0.059

m(<5t) ,мг 1.1 1.5. 2.7 8.9 , 2.3

Vk(<5t) ,мм3 0.73 0.83 1.53 5.23 1.31

hk(<5t) ,мкм 230 260 340 380 410

max т* ,г/с 0.06 0.07 0.12 0.70 0.10

max U,мм/с 10 10 15 29 14

max Н' ,Вт 16 С при воспламенении) 20 105 1050 32

max Т.К 2100 (при воспламенении^ >2700 2600 - >2700

Н- Вт ст 16 20 49 ' 200 32

q. ,Вт 4 20 42 150 32

C^pXlO , Дж/кг 70 280 350 214 330

4 -вт 7 49 22 - 61

Q^pXlO-8 .Дж/кг 130 660 180 - 610

Q х10_а , Дж/кг л 210 % 0 60 70 is о

<Р,ст 'Вт -3 ^Р.Стх10~"'Дж/кг "во -29 -380 20 170 - -28 -280

max Чхр.Вт 2 4 % 70 % 750 9

(при воспламенении газовой фазы) max с£х10~8, Дж/кг 50 140

700

» 3000

170

а ,Вт 19 49 30 - 60

0 х10~ к,о,ст •э ДЖ/кг 340 730 250 61С

з шах ФСу) ,Вт/см а: 100(у -0.5 мм) а; 1000(у-0 .1 мм)

*»(уо).м/е 6.2 4.8 5.8 - 3.5

Г. хЮ5, А, мах .Н 1 1.5 3 18 3

Г хЮ®, р.мах ,Н 13 - 61 - -

Ар , Па *мах 75 - 135 - -

Г,Дж/кг 185000 215000 300000 475000 250000

1.с 125 140 160 180 155

V ,мэ/кг 1.85 2.15 2.80 4.60 2.50

Е^ ,ккал/моль - 1б 23 68 22

Е., ,Дж/М" к

О.бхЮ9 1.0x10'

9

1.4x10

4. 2х10~

1.4x10

.9

частота колебаний 30 (при действующем лазерном излучении)

процесса газифика- 60 ... 100 (после сброса лазерного излучения) ции

Ъ .с 0.20

начала отклика

Нет

на сброс лазерного излучения 0.060 Нет

—I»** V пи V а

С до начала необратимого погасания

отклика процесса в целом I с

0.226

0.090

0.209

0.145

Нет

Нет

т .с

рз в газовой

фазе

т , с -

рз в к-фазе

т , .с -

п С прогретого

слоя) Йопц,м"

,г

рз в газовой фазе, мм

<1К .мм

рз в к-фазе

^п С прогретый слой),ин

0.001

О.ООЗ О. ОЗО

1.1

Б

0.045 О. 450

О. 020 О. 080

2. О

О. 28 1.12

Примечание: 1) ПХА - перхлорат аммония. ПММА - гголиметилметакрилат, ' ПС - полистирол, а - коэффициент избытка окислителя.

2)Х

длина волны поджигающего лазера.

-мощность

лазерного излучения, Чл э ~ плотность потока лазерно! излучения, ^ - время воздействия излучения лазера.

3)6Ь - период времени, считая от нача; анализа

действия лазерного излучения, в течение которо! проводились расчеты С время анализа) .

4)"-" означает, что данная величина не оценивалась.

6)у - координата по потоку, у - координата горящей поверхности образца.

6)6Ъ - продолжительность, t - время начала процесса.

7)6-12 строки таблицы показывают начало продолжительность различных стадий процесса зажигания.

8)Индекс "ст" соответствует стационарным значениям в в конце периода анализа процесса зажигания.

Что можно отметить в качестве наиболее перспективнь направлений использования интерферометрии? По мнению автора, к ш можно отнести следующее.

1. Применение интерферометрии для исследования процессов зажиган! и воспламенения (об атом уже говорилось ранее).

В принципе, здесь можно решить задачу полного описан! реагирующей системы, включающую в себя определение и поле основных термодинамических и газодинамических характеристик, Большого числа интегральных характеристик как самого процесс зажигания, так и характеристик, относящихся к исследуемому соста! С характеристик горения). С учетом того, что зажигаш С воспламенение) - удобный метод изучения химической кинетш горения [3], в перспективе, при дальнейшей разработ!

теоретических основ метода, возможно получение информации и < этой очень важной составляющей теории горения. Здесь одной 1 перспективных задач является, поставленная Я.Б.Зельдовичем (4 задача изучения начальных моментов цепного и теплового взрыва п] условии обеспечения высокого временного разрешен!

кинорегистрирующей аппаратуры.

2. Исследование неустойчивых режимов горения к-систе1> вибрационного горения газов.

3. Исследование газодинамических процессов, связанных истечением импульсных струй, набеганием струи на препятствие взрывными явлениями.

4. Исследование нестационарных теплообменных процессов, имеющ! сложный, комбинированный характер, не позволяющий использова' теоретические расчеты. Метод "эталонного процесса" позволяв изучать их в режиме экспресс-анализа, не исключая возможное

проведения Солее точных измерений тепловых потоков с помощью обычной методики определения и использования интегральных характеристик.

Оптические методы исследования. ССщий подход. Новый подход к интерферометрии процессов горения, основанный на использовании свойства интегральности метода, свойства панорамности С возможности визуализации всего объема объекта в целом) и простой связи п с одной из основных термодинамических характеристик - плотностью, позволяет определять целый ряд интегральных характеристик объекта С параметров, характеризующих объект и его динамику в целом). Он не требует решения обратных задач оптики.

Автор считает, что подобные возможности интерферометрии - это не чисто "интерференционное" свойство, а свойство, присущее в той или иной степени многим методам диагностики физических процессов, обладающим по крайней мере двумя свойствами: интегральности и панорамности.

В качестве примера реализации данного подхода ниже приведены формулы, соответствующие некоторым оптическим методам и

позволяющие определять интегральные характеристики объекта. Методы. основанные на измерении поглощения в объекте:

В рамках закона Бэра распределение интенсивности 1(х,у) в пучке света длиной волны X после прохождения объекта описывается уравнением:

■ 1

° о *

где I - начальная интенсивность света, 1 - геометрический путь пучка света от источника света до плоскости регистрации (постоянная величина), с(х.у,2) - концентрация поглощающих центров С частиц, молекул), о^ - их сечение поглощения на данной длине волны С постоянная величина). Перенеся I в левую часть, прологарифмировав, а затем проинтегрировав обе части по области изображения объекта, получим следующую формулу:

1 п [ 10/Х (х.у) 1<1хс1у,

где N - общее число поглощающих центров С частиц, молекул) на пути пучка света Ст. е., практически, в объекте, если вне его в данном пространстве нет подобных поглощающих центров). Методы. основанные на измерении излучения объекта.

Если взять измерение хемилюминесценции в пламени, то общее числ> ¡элементарных актов реакции хемилюминесценции во всем объем! пламени за единицу времени можно оценить по следующей формуле:

4п

N-(1/£)J I(ô)d(в).

О

где £=hu - анергия кванта, I мощность излучения на частоте V, 9 телесный угол. Возможность непосредственного использования данно! формулы связана с возможностью использования в конкретно: эксперименте интегрального фотометра. Метод малоуглового рассеяния:

2гс

Dcp-XAJ I(ô)dô,

где Dcp- средний диаметр частицы, X - длина волны света

рассеиваемого на частицах, А - постоянная зависящая от параметр.

Ми. 1(в) - интенсивность света в плоскости регистрации, © - уго.

2 2 2

рассеяния С&-r/ZQ. г -X + у ) , ZQ- расстояние от объекта д< плоскости регистрации, т — расстояние от центра пучка света плоскости регистрации в отсутствие объекта до точки ,с координатам X,у.(формула получена Ильиным C.B. )

В заключение автор считает своим' приятным долгом выразит глубокую благодарность своим коллегам и соавторам опубликованны работ с кафедры теплофизики Чувашского госуниверситета, кафедр: физики Московского государственного открытого университета з помощь в работе.

С 1993 года работа выполнялась при финансовой поддержк Российского фонда фундаментальных исследований С код проект 93-02-1470S 5.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 .Разработан и экспериментально проверен комплекс новы интерференционных методов, позволяющий проводить разносторонни исследований процесса горения конденсированных и газовых систем, также: газодинамических процессов, процессов теплообмена. Типичные условия применения разработанных методов :

— давление внешней среды : от 0.01 до 0,5 МПа ,

—3 —1

— пространственный диапазон измерения : СЮ ...10 Э м ,

—4 2

— временной диапазон измерения :С10 ...10 3 с ,

Преимущественные С наиболее удобные) условия применения :

- исследование объектов в открытом объеме,

- исследование объектов с ограниченной степенью турбулиэации

потока,

Наиболее эффективные условия применения:

- исследование нестационарных объектов,

2.Входящие в диагностический комплекс методы позволяют :

1)получать на каждом кадре интерференционного .кинофильма процесса горения одновременно и интерферограмму и прямую фотографию процесса,

2) визуализировать структуру волны горения одновременно в газовой и конденсированной 'фазах при исследовании прозрачных для зондирующего излучения модельных конденсированных систем;

33 получать интерференционные кинофильмы процессов горения, протекающих в прозрачных камерах цилиндрической формы;

4) проводить идентификацию и экспресс—анализ процессов горения с качественной точки зрения на основе каталога-атласа характерных интерференционных картин пламен газовых и конденсированных систем и определять характерные времена различных стадий процесса зажигания.

5)на основе метода "эталонного процесса" проводить в режиме экспресс-анализа количественные исследования теплообменных процессов, а также, в перспективе, других физических процессов,

63 определять поля температуры газовой фазы при исследовании горения разнообразных газовых и конденсированных систем ,

73 определять интегральные характеристики газовой фазы горения: массу; температуру газовой фазы, соответствующую уравнению состояния; изобарный тепловой эффект (энтальпию) , Дж;

3

удельную энтальпию С Дж/"кгЗ ; плотность энтальпии С Дж/м 3 ; работу образования газа при зажигании к-систем.

83определять нестационарную массовую скорость горения Скг/сЗ при зажигании и в некоторых других нестационарных режимах горения, определять изменение во времени объема и средней толщины выгоревшего слоя при зажигании к-с'истем,

93 определять нестационарную мощность тепловыделения СВтЭ в газовую фазу при зажигании и в других нестационарных режимах горенияЭ , .

103 оценивать результирующие тепловые эффекты химических

реакций <Дж/кг) в конденсированной и газовой фазах горения к—систем, а также конвективных теплопотерь с поверхности образца,

113 определять внутрибаллистические С сила пороха, Дяс/кгЗ и

3

энергетические С теплотворную способность, Дж/м 3 характеристики к-систем,

123 определять профиль скорости тепловыделения, а также профиль конвективного теплового потока С Вт) в стационарной волне горения;

13)определять толщину прогретого слоя и толщину реакционной зоны к-фаэы при зажигании к-систем,

14)определять механический импульс нестационарных газовых потоков (например, импульсных струй); подъемную силу , действующую на нагретый объем газа; профиль средней по сечению потока линейной скорости, реактивную' силу потока;

153 определять характеристики теплоотдачи в различного рода сложных теплообменных задачах С общее количество тепла, переданное источником тепловой энергии в окружающую среду, мощность теплопередачи, эффективный коэффициент теплопередачи) ,

3. На основе разработанного , комплекса методов проведены исследования горения различных газовых и конденсированных систем, в частности:

-определен комплекс характеристик С ряд из них впервые) процесс зажигания и горения различных конденсированных систем

-выявлены закономерности развития волны горения в процессе зажигания к-систем при различных условиях, в частности, что:

-при зажигании к-систем лазерным излучением возможность выхода на самостоятельный режим горения зависит о1 соотношения между скоростью горения в момент сбросе лазерного излучения и характерной для данных условий собственной скоростью горения, а также соотношением межд> "тепловым эффектом" лазерного излучения и тепловьи-эффектом химических реакций,

-характер отклика на сброс лазерного излучения зависит оп соотношения теплового эффекта конвективных теплопотерь с поверхности образца и теплового эффекта химически; реакций.

-обнаружено принципиальное свойство смесевых к-систем: периодическое изменение в процессе горения коэффициента избытка

окислителя в поверхностном слое образца;

-впервые визуализирований "полная" структура нестационарной волны горения при зажигании прозрачных моделей к-систем. Выявлен ряд дополнительных, ранее не отмечаемых в литературе, стадий процесса зажигания ;

4. Показана возможность разработки нового подхода к оптическим

методам исследования процессов горения на основе использования

свойств интегральности и панорамности методов. Этот подход,

позволяет определять интегральные, характеризующие исследуемый объект в целом, параметры.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1.Абруков B.C., Давыдов А.Е., Никоноров В.Е. Возможности гологра-Фической интерферометрии в исследовании пламен, заключенных в прозрачные цилиндрические камеры.-В кн.: Физика горения и методы ее исследования/ Чувашский ун-т, Чебоксары, 1980, с. 24-34.

2.Абруков B.C..Аверсон А.Э.. Алексеев М.В., Давыдов А.Е., Никоноров В.Е. Исследование процесса зажигания к-систем методом поляризационной интерферометрии.-В кн.: Физика горения и методы ее исследования/ Чувашский ун-т, Чебоксары, 1980, с.10-17.

3.Абруков B.C., Аверсон А.Э.. Алексеев М.В.. Давыдов А.Е., Денисов Ф.Т. Диагностика пламен к-систем методами интерферометрии.-Материалы 6 Всесоюзного Симпозиума по горению и взрыву / Изд. ИХФ АН СССР, Черноголовка, 1980, с.81-85.

4.Абруков B.C. Ыетоди комплексной диагностики пламени с помощью сдвиговых и голографических интерферометров.-В кн.: Физика горения и методы ее исследования/ Чувашский ун-т, Чебоксары, 1981. с.62-67

5.Абруков B.C., Давыдов А;Е., Никоноров В.Е. Методы голографической интерферометрии в исследовании пламен в моделях цилиндрических камер сгорания.-В кн.: Физика горения и методы ее исследования/ Чувашский ун-т, Чебоксары, 1981, с. 67-74.

6.Абруков B.C.. Мальцев D.U. Исследование процессов горения смесевых к-систем методами интерферометрии.-В кн.: Физика горения и методы ее исследования/ Чувашский ун-т, Чебоксары, 1982, с.99-100.

7.Абруков B.C., Мальцев В.М. Новые возможности применения метода интерферометрии для исследования процессов зажигания и горения конденсированных систем.-Химическая Физика, 1983, N 5, с.675-682.

8.Абруков B.C., Аверсон А.З., Мальцев В.М. Новые возможности исследования процессов горения конденсированных систем методом интерферометрии .-Физика горения и взрыва, 1963, т. 19, N 5. с.66-69.

9.Абруков B.C.. Абруков С.А., Мальцев В.М., Максимов H.H. Интерферометрия процессов горения.-Тез. докл. 1 Всесоюз. симп. по макроскопической кинетике и химической газодинамике, том 2, часть 1/Изд. ОИХФ АН СССР. Черноголовка, 1984, с.19-20.

10.Абруков B.C., Мальцев В.М. Интерферометрия процессов горения. Обзор возможностей метода-.-В кн.: Исследование процессов неустойчи вого горения/ Чуваш, ун-т, Чебоксары. 1984, с.87-104.

11.Давыдов А.Е., Гуляев С.Н.. Абруков B.C., Сайкин A.C. Оптическая голография и ее применение. Учебное пособие/ Чуваш, ун-т, Чебоксар] 1985.-89 С.

12.Абруков B.C. Интерференционные методы исследования процессов горе ния. Методические указания/ Чувашский ун-т, Чебоксары. 1986.-37 с.

13.Абруков B.C., Мальцев В.М., Максимов H.H. Закономерности развития и характеристики нестационарной волны горения при зажигании к-систем.- В сб.Горение конденсированных систем. Материалы 8 Всес.симп. по горению и взрыву/ Изд.ИХФ АН СССР, Черноголовка. 198 с.87-94.

14.Абруков B.C.. Мальцев В.Ы., Давыдов А.Е. Интерферометрия пламени. Обзор возможностей метода.-Материалы Международного Семинара "Структура газофазных пламен". ч.2/ Изд. СО АН СССР, Новосибирск. 1988, с.291-298.

15.Абруков B.C., Араев Х.З. Интерференционный метод определения хара; теристик нестационарных газовых потоков.-Тез. докл. 4 Всесоюз. кон "Кинетические и газодинамические процессы в неравновесных средах"/ Изд.МГУ, Москва, 1988. с.67-68.

16.Абруков B.C., Давыдов А.Е..Никоноров В.Е. Исследование- закономерностей Формирования и распространения волны горения при зажигании

к-систем. Новые возможности интерферометрии.-Тез. докл. Всесоюз. семинара по электрофизике горения/ Изд. Цнетр.-Казах. отд. АН Каз. ■ ССР, г.Караганда, 1988, с. 25-26.

17.Abrukov V.S.. Ilyin S.V. Analysis of the dynamic characteristics of non-stationary gas streams using interferometry technigues.- Proceedings of SPIE"s Int.Symp. on Optical Applied Science and Engineering. San Diego, USA, 1991g., Vol.1554 B. pp.540-543.

18.Ilyin S.V.. Abrukov V.S., Abrukov S.A. Analysis of the dynamic characteristics of combustion product pulsed jets U3ing interferometry tecniques.- In: Flame Structure. Nauka Sib.Branch, Novosibirsk, 1991. vol.1., pp.156-159.

19.Абрукова Л.С., Абруков B.C. Интерференционный метод определения массы газовых оптических неоднородностей.-Приборы и техника эксперимента, 1991, N 4, с.221-222.

20.Ильин С.В., Абруков B.C., Абруков С.А. Возможности восстановления полей скоростей и давлений газовых потоков, возникающих при зажигании и взрыве, по интерференционным Фильмам методоми компьютерной томографии.- В сб. Детонация. Материалы 10 Всес.симп. по горению и взрыву/ Изд.ИХФ РАН, Черноголовка, 1992, с.106-107.

21.Abrukov V.S.. Maltsev V.M. Interferometry techniques in combustion's research.- Abstract of Simposium Papers and Abstract of Poster Session Presentations/ Twenty-Fourth Int.Symp. on Combustion, The Combustion Inst., Pittsburgh, 1992, p.354.

22.Абруков С.А., Абруков B.C. Ильин С.В. Интерферометрия процессов горения и общий подход к оптическим методам исследования.В кн: Высшая школа-народному хозяйству Чувашии. Тезисы докладов./ Чуваш, ун-т, Чебоксары, 1992, с.34-35.

23.Abrukov V.S., Ilyin S.V., Maltsev V.M. Interferometric techniques in combustion research.-In: The Proceedings of the 3rd International Symposium "Non-Intrusive Combustion Diagnostics" (May 10-14. 1993, Scheveningen, The Netherlands) / The Pennsyl. State Univ., USA. 1993. pp. 134-136.

24.Abrukov V.S., Maltsev V.M. Determination of intrabal1istic and energy characteristics of condensed systems using interferometry techniques.-In: Int. Conference on Combustion (21-26 June, 1993, Moscow-St.Petersburg, Russia). Abstracts/ Institute of Chemical Physics RAS, 1993, p.03.

25.Abrukov V.S., Ilyin S.V., Matveyev V.V. Determination of laser radiation turr\-off response characteristics during a condensed system ignition process by interferometry. In: The Proceedings of the Russian-Japanese Seminar on Combustion (The Combustion Institute. Joint Meeting of the Russian and Japanese Sections. Chernogolovka, Moscow Region, 2nd to 5th October 1993)/ The Russian Section of the Combustion Institute, Semenov Institute of Chemical Physics, Moscow, 1993, pp.34-36.

26.Ilyin S.V., Abrukov V.S. Reconstrustion of velocity and pressure fields for incipient non-stationary gas flows by tomographic techniques based on interference evidence. Proceedings of SPIE's Int.Symp. on Optics, Imaging, and Instrumentation, San Diego, USA, 1993, pp. 611-622.

27.Абруков B.C., Ильин С.В. Оптические методы исследования. Новый подход.-В кн.: Измерение параметров аэрозолей. Материалы международного аэрозольного симпозиума (Москва, 21-25 марта 1994 г.)/Мос-ква, НИФХИ. 1994, с.1-3.

28.Абруков B.C.. Мальцев В.М. Интерферометрия сложного теплообмена.-Тр. Первой Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 21-25 ноября 1994 г.), Москва, 1994, с.3-6.

29.Abrukov V.S., Ilyin S.V., Maltsev V.M., Tarasov N. A. New Ways in

combustion interferometry: quantitative analysis of the burning wave formation during ignition of condensed systems.-Abstract of Work-in-Progress Posters Session Presentations/ Twenty-Fifth Int.Symp. on Combustion (The University of California, Yuly 31 -August 5, 1994). The Combustion Inst., Pittsburgh, 1994, p.406.

30.Abrukov V.S., Ilyin S.V. Optical methods of research: a new approach.-Abstract of Work-in-Progress Posters Session Presentations/ Twenty-Fifth Int.Symp. on Combustion (The University of California, Yuly 31 - August 5, 1994), The Combustion Inst., Pittsburgh, 1994- p.407.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зельдович Я. Б. , Лейпунский О. И. , ЛиВрович В. Б. Теори нестационарного горения-пороха.-М. : Наука, 1973.-132 с.

2. Кузнецов Л. И. , Новолашин С. А. Методы исследований концентраций разреженных газов и плазмы. -В кн. : Диагностика потоко разреженного газа. Новосибирск, 1979, с. 91-122.

3. Марголнн А. Д. Пленарный доклад. /Международная конференция по горению. Секция "Процессы горения" < Москва-Санкт-ПетерОург, 21-21 июня 1993 года).

4. Зельдович Я. Б. Теория горения - вчера, сегодня, завтра. Пленарный доклад. -1 Всесоюзный симпозиум по макроскопическо! кинетике и химической газодинамике С 0-12 октября 1984 года Алма-Ата.) .

Рисунки

1 СМ 5 СМ

Рис.1. Примеры применения методики одновременного получения интерферограмм и прямых фотографий пламени: а-пламя свечи, О и в - пламена к-систем.

1 СМ

18 21 _22.5 24 .25.5 . 34

Рис. 2 Кадры кинофильма процесса зажигания ПММА. Время действия

поджигающего лазерного излучения — 15 сек. , плотность потока — 80 2

Вт/см , диаметр светового пучка лазера Б мм, время под кадрами указано в сек.

1 см

0.014 0.015 0.017 0.018 0.019

0.027 0.031 0.034 0.037

Рис.3 Поля температуры С в КЗ в потоке продуктов газификации

горения пироксилина в начальные моменты процесса зажигания. По полями Т указано время в сек.

т

1 СМ

0.069

Рис. 4. Кадры интерференционных кинофильмов процесса эазкигаш модельных образцов к-систем: 2-ПХА+полистирол, а—1; З-ПХА+ПММ/ а*=1,5; 5—ПХА+ПММА+1ООД1, а-1. Время под кадрами указано в сек. |

m'x 10 , г/с

H'x 10 X,Bt

10

t к 10 . с

t х 10 . с

Рис.3. Зависимости массовой скорости горения и мощности тепловыделения от времени в начальные моменты* процесса зажигания: З-ПХА+ПММА.а-1. 5; 4-ПХА+ПММА+Ре 0 ,сс-1. 0; 5-ПХА+ПММА+10;'.А1.сс-1 .0.

2 3 -

0.022!

Н*-10г'дж/кг 0.5 '

0.05

0.20 0.25 t.c

Рис.6.: а-кадры интерференционного фильма начального периода процесса зажигания образца nXA+nMMA+FezOg ,а™1.0 (верхний ряд) и отклика на сброс лазерного излучения (нижний ряд). 0-график изменения средней у дельной энтальпии потока газовой фазы С в левой части приведены также графики m(t) и H(t) в начале процесса зажигания) . Под интерферограммами указано время в сек.

а 6

Рис.7.: а-кадры интерференционного кинофильма начального перио процесса зажигания пироксилина С верхний ряд), периода выгорай при действующем лазерном излучении. отклика на сОрос лазерна излучения и погасания С нижний ряд) . Б-график изменения среди удельной энтальпии газовой фазы С в левой части приведены так: графики m(t) и H(t) в начале процесса зажигания). П интерферограммами указано время в сек.

Рис. 8. Отклики характеристик газовой фазы на сброс лазерной

излучения. ССразец ПХА+ПММА+Fe О .

2 а

т', мг/с Н' , Вт

140

80

I, мс

Рис.9. Отклики массовой скорости горения и мощности тепловыделения на сброс лазерного излучения.

У

V5 *г > *)

Рис.10. Схема нестационарного потока.

0.014 0.0161 о:019 0.0241 0.033

1В 20 24 28 Ь -10^ С

Рис.11: а)кадры интерференционного фильма начального процесса зажигания пироксилина С"импульсная" струя газификации); ВЭ данные расчета изменения импульса реактивной силы С 2? струи.

момента продуктов С1) и

10 см •-1

1

30

Рис.12. Серия интерферограмм процесса теплоотдачи от ИТЭ в оВъе камеры. Под каждой интерферограммой указано время в сек.

Н»10"а,Аж

Н'хЮ^Вт

40

30

го

ю

1 3 5 10 20

а ,кВг/иг 40 60 85 25 20

Н'

ю

15

20

"М

Рис.13 Временные зависимости количества тепла, переданного ИТЭ в окружающую среду Н С два разных случая) , временные зависимости мощности тепловыделения Н' и данные по эффективному коэффициенту теплоотдачи ИТЭ а < 1:)-Н* (С)/Э. где Б - площадь поверхности ИТЭ. для случая "+".