Исследование детонации и переходных процессов в смесях типа "металлическое горючее + твердый окислитель + воздух" тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

п О ид

12 СсН 7ж:

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОРДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ им. Н.Н. СЕМЕНОВА

На правах рукописи

Комиссаров Павел Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТОНАЦИИ И ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СМЕСЯХ ТИПА МЕТАЛЛИЧЕСКОЕ ГОРЮЧЕЕ + ТВЕРДЫЙ ОКИСЛИТЕЛЬ + ВОЗДУХ

01.04.17 - химическая физика, в том числе физика горения и взрыва

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2000

Работа выполнена в Институте Химической Физики им. H.H. Семенова Российской Академии Наук

Научный руководитель: Доктор физ.-мат. наук, профессор

Официальные оппоненты: Доктор физ.-мат. наук, профессор Доктор физ.-мат. наук, профессор

Борисов Анатолий Александрович

Баратов Анатолий Николаевич Заслонко Игорь Степанович

Ведущая организация:

Институт механики Московского Государственного университета им. М.В. Ломоносова

Защита состоиться 14 июня 2000 г. в часов на заседании Специализированного совета Д 002.26.01 при Институте химической физики им. Н.Н.Семенова РАН по адресу: 117977, Москва, ул. Косыгина, д. 4.

Автореферат разослан 14 мая 2000 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химической физики им. H.H. Семенова РАН

Ученый секретарь Специализированного совета

Доктор хим. Наук Корчак В.Н.

Г~£Г/>Г> О J

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Эта работа в основном посвящена исследованию различных свойств гетерогенных смесей типа металлическое горючее + твердый окислитель + воздух. Большой интерес представляет моделирование ударных волн, по импульсу и интенсивности сравнимых с ударными волнами, образующимися вследствие ядерного взрыва, так как для их получения обычными методами необходимо большое количество взрывчатого вещества. Интерес к процессам детонации гетерогенных систем объясняется также большими возможностями их применения в промышленности, такими, как, например штамповка, формовка различных изделий. Практическое получение УВ с такими параметрами, возможно детонацией предварительно перемешанных гетерогенных смесей. В настоящее время с\тцествует большой пробел в понимании природы взрывных волн в подобных смесях. Нельзя не упомянуть, что высокие скорости детонации, полученные на подобных смесях в трубах, позволяют использовать их в технологиях детонационного напыления и плакирования. Основные проблемы получения УВ высокой интенсивности связаны с недостаточным изучением кинетики процессов, протекающих в подобных смесях. В частности невозможно написать закон горения для систем металл окислитель, так как в литературе практически нет данных о задержках воспламенения и временах горения для давлений порядка 50 атм. Также важно знать поведение твёрдой фазы после взаимодействия с ударной волной. Необходимо иметь полную картину распределения концентраций и плотности вещества за ударной волной, на основании которых можно оценить скорость поступления твёрдой фазы в газов\то, что, в свою очередь, необходимо для создания экспериментальной установки. Следует отметить что практически нет данных о уровне электропроводности и излучения в ИК, видимом и радиодиапазоне, а также о возможности существования детонационноподобных процессов в таких смесях в свободном объёме, хотя, несомненно, они представляют интерес.

Цель работы. Целью данной работы является всестороннее исследование кинетических и эмиссионных характеристик смесей повышенной плотности, в частности смесей типа металл+твердый окислитель+воздух.

Научная новизна. В настоящей работе получены полуэмпирические соотношения для оценки величины задержек воспламенения в гетерогенных смесях, а также предложены глобальные соотношения для скорости энерговыделения в аэрозолях. Определены кинетические характеристики воспламенения и горения взвесей алюминия в воздухе и алюминия с аммиачной селгарой в аргоне за падающими и отраженными ударными волнами. Проведены рентгенографические исследования времен индукции гетерогенных взвесей, выяснено распределение плотности за фронтом детонационной волны, а также скорость поступления твердой фазы в газовую при скольжении ударной волны

по насыпному слою. Получена детонация смесей типа метадд+твердьш окисли-тель+воздух как в трубах так и в свободном объеме. Исследованы электрические и эмиссионные характеристики реагирующих взвесей в различных условиях. Практическая значимость. Полученные в работе результаты и методики могут использоваться как отправная точка в дальнейших исследованиях в данном направлении, так и непосредственно использоваться для промышленного применения. Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международном коллоквиуме по динамике взрывчатых и реактивных систем в 1999г, на ежегодных Семеновских чтениях (24 марта 2000 г. Москва, ИХФ РАН), Международной конференции по новым материалам (1-7 апреля 2000г. Кэмбридж, Великобритания). Публикации. По материалам диссертации опубликовано пять научных работ. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, списка цитируемой литературы и рисунков. Работа изложена на 150 страницах, включая список литературы из 47 наименований и 50 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Глава 1. Обзор литерату ры.

Впервые детонационная способность взвеси сферических частиц алюминия диаметром 5 мкм исследовалась В. Страуссом [1] в среде. Скорости детонации лежали в интервале 1400 - 1600 м/с, а измеренное давление детонации, несмотря на значительный разброс по скоростям, для всех смесей оказалось близко к 31 атм., причем и скорость и давление детонации, были ниже соответствующих рассчитанных термодинамических значений. Отмечено, что детонация распространяется в спиновом режиме, а оценочный размер зоны реакции составляет Зсм. Увеличение скорости горения [2] связано не только с появлением дополнительного тепловыделения за счет горения частил металла, но и с увеличением скорости тепловыделения за счет реакции продуктов газификации основной смеси в результате увеличения температуры горения. Исследования тепловыделения таких смесей проводились еще Ю.Б. Харитоном и С.Б. Ратнеро.\

[3]. Позже полученные ими результаты были дополнены А.Я. Апиным с соавторами I

[4] где они показали, что, даже ды вещества с сильным избытком горючего, неболь шая примесь алюминия увеличивает теплоту взрыва. Было выяснено, что примеа алюминия к полноценному взрывчатому веществу всегда снижает скорость детонацш и при постоянной плотности замело снижает бризантное действие, а футасное дейст вие значительно увеличивает. Это объясняется [5] тем, что в условиях детонационно!

волны реакции алюминия с продуктами протекает во вторую стадию сравнительно медленно. Также было показано, что на далеких расстояниях от заряда импульс и давление ударной волны взрыва заметно превосходит импульс чистого взрывчатого вещества. В [6] была проведена серия экспериментов, из результатов которых видно, что для конденсированных систем, содержащих алюминий, существует такое давление, ниже которого обеспечивается неполнота сгорания металла. Авторы [6] показали, что при давлении ниже некого критического, основное тепловыделение обеспечивается за счет химических реакций между разным! продуктами разложения окислителя и горючего-связки. Об этом свидетельствует такие факты, что характер изменения температуры сгорания от давления метатгасодержащих составов идентичен характеру изменения температуры составов, не содержащих металл, а толщина реакционной зоны одинакова для обоих. При достижении критического давления интенсивность горения алюминия резко возрастает. Сама величина критического давления и рост максимальной температуры зависят от процентного содержания металлического горючего. В работе [7] показано, что критическая температура воспламенения металлических частиц является функцией размера частиц. Для частиц алюминия, диаметр которых меньше некоторого и зависит от характеристик алюминия и среды, температура горения достигает температуры кипения окиси алюминия (А1203) [8, 9]. Это приводит к частичному или полному испарению частиц алюминия в зависимости от диаметра последних. Такое поведение можно объяснить диффузией испаренных продуктов реакции в сторону капли. Воспламенешю капель исследовалось в работе [10], где показано, что в воздухе и азоте пределы воспламенения капель оказываются практически одинаковыми и при горении мелких частиц алюминия в воздухе достигается полное испарение окиси алюминия в зоне реакции. В реальных процессах воспламенение и горение газовзвесей металлических порошков протекает при высоких давлениях, и его влияние на характеристики горения имеет ряд особенностей, некоторые га которых не поддаются объяснению с позиций одно- и двухзонных моделей. Детонация аэровзвесей алюминия исследовалась в работах А. Тулиса с соавторами [11]. Наибольшая измеренная скорость детонации в этих взвесях была 1650 м/с, причём, согласно [12], термодинамическая скорость детонации аэровзвесей алюминия равна 1850 м/с при стехиометрической концентрации 330 г/м3. В этой работе установлена связь между скоростью детонации и размером частиц. Также отмечается слабое влияние концентрации топлива на скорость детонации. В работе [13] проведены исследования детонации смеси этилен-воздух в присутствии частиц алюминия. За фронтом детонационной волны частицы алюминия ведут себя как инертные частицы, до тех пор, пока не нагреются до температуры воспламенения (через 10-70 мкс). Импульс давления детонационной волны с частицами алюминия значительно превышает импульс детонаци-

онной волны эталено-воздушной смеси. Процессы детонации аэровзвесей алюминия в воздухе исследовались в Борисова А.А. с соавторами [14]. В вертикальной трубе диаметром 145 мм. удалось получить детонацию аэровзвесей алюминия марки ПАП-2. Измеренная скорость детонации не зависела от концентрации частиц алюминия и составила 1780±20 м/с. Экспериментально определена оптимальная концентрация твердой фазы, которая в случае чешуевидных частиц алюминия составила 0,33 кг/мЗ. Кинетика тепловыделения [15] в распылах жидких топлив за ударными волнами исследовалась в довольно большом числе работ, но утверждение, что наиболее часто используемые модели этого процесса вполне адекватно соответствуют реальным процессам, в целом не соответствовало реальности.

Глава 2. Термодинамика плотных взвесей.

Большинство термодинамических соотношений, приведенных в литературе и используемых для вычислений параметров детонации, получены или для имеющих малую плотность (газообразных) смесей с уравнением состояния идеального газа или высокоплотных (КВВ). Чтобы охватить промежуток между этими двумя граничными случаями надо (1) оцешгть диапазон плотностей, где традиционные термодинамические соотношения приводят к грубым ошибкам, и (2) выяснил,, какие изменения должны быть сделаны в существующих соотношениях, чтобы обеспечить приемлемую точность вычислений. Дало в том, что ни одно из существующих уравнений состояния и соотношения равновесия для неидеальных газов в таких сложных системах как продукты детонации не точны, потому что пока развиты только приближенные подходы к рассмотрению смесей неидеальных газов. Основное внимание в этой главе посвящено изучению термодинамических соотношений, пригодных для вычисления характеристик детонационных волн, распространяющихся во взвесям в воздухе твердых (или жидких) энергоемких материалов (КВВ, и смесей топлива и окислителя) с удельным весом газообразных продуктов детонации до 20 кг/м3. Имеется несколько форм уравнений состояния, предложенных, чтобы описать неидеальные газы. Наиболее подходящим будет уравнение состояния Ван-дер-Ваальса из-за физической ясности его параметров. Уравнение состояния записывается так:

{р + аДГ?\Гг-Ь) = КГ, (1)

где V, - малярный объём газовой фазы, а иЬ константы Ван-дер-Ваальса. Оценим максимальную плотность, при которой эта вычисления являются все еще применимыми. Общепринятая процедура равновесных вычислений в неидеальных газах должна заменить концентрации фугативностями, сохраняющими все соотношения и процедуру вычисления такими же, как и при вычислении параметров идеального газа. Чтобы оценить ошибку, порождаемую заменой, следует рассмотреть соотношение межд>

фугативностъю и соответствующим парциальным давлением компонентов, вычисленных для идеальных газов. Для газов, описанных уравнением Ван-дер-Ваальса, это соотношение будет выглядеть так:

— = [Уш ''(У -Ь) ][Ь/°'~Ь>':"тт], (2)

/к/

или

(3,

г-ь ги гаг у-ь

Где 1\А - молярный объем соответствующего идеального газа и/и/^ - ф\тативность и парциальное давление компонента, рассматриваемого в неидеальных и идеальных газах, соответственно. Пусть отклонение от идеального газа будет маленьким, то есть 1п///щ = 1 + Д (где А«1), тогда:

Д » (г/..1/)х1 - 2ф. иКЕ + и.Мъ (4) Большей частью газообразных продуктов сгорания формирующихся в продуктах детонации и в казенной части оружия являются азот, вода, и диоксид утлерода. Значения а и Ь легко найти из критических параметров этих газов (Ь = КТСГ 8Р(Т и а = (27/64ХИТа^/рсг). Вычисления по точной формуле показывают, что при Г= 2500 К все компоненты продуктов сгорания ведут себя в химических равновесных реакциях как идеальные газы, потому что отклонения///ц от единицы не превышают 3% до молярного соотношения 0.2. Это соответствует давлению приблизительно 2 кбар. Так как температура 2500 К или выше - типичная температура продуктов, вышеупомянутый вывод является истинным при фактически всех практических условиях. Решение энергепгчески связанных уравнений - часть процедуры нахождения равновесного состояния, поэтому следующий шаг должен оценить поправки, учитывающие поведение газообразных продуктов как неидеального газа В газах, удовлетворяющих уравнению Ван-дер-Ваальса дополнительный член, возникающий из-за неидеального поведения газа - а/У, а относительная ошибка, получающаяся при игнорировании этого члена такова:

,2

27_(КТСГ) (5)

УСуТ 67рсгСуТУ СуТ

Эта оценка следует из уравнения, которое может легко быть получено для внутренней энергии Ван-дер-Ваатьсовского газа:

Е^СуТ + с ам^. (6)

Здесь V означает среднюю молярную удельную теплоту

,1Т Т •

_ 1ТГ- JT (7)

0=7 )Cväl. о

Самый высокий вклад во внутреннюю энергию - для воды и равняется 0.03 при b/V-0.2 и Г= 2500 К.

Вышеупомянутый краткий анализ ясно показывает, что равновесные вычисления с соотношениями для идеального газа обеспечивают точные результаты для энергетических характеристик и концентраций компонентов продуктов сгорания до давлений, превышающих 1 кбар. Однако это не обязательно подразумевает, что неидеальным поведением продуктов сгорания можно пренебрегать в этом диапазоне. Соотношение между температурой, давлением и плотностью, то есть уравнение состояния, должно бьпъ принято во внимание при вычислении параметров детонации и сгорания при высоких давлениях, потому что соотношение между плотностью и давлением, или температурой и давлением в Ван-дер-Ваальсовском газе будет далеким от их эквивалентов в идеальном газе даже когда энергетические функции и равновесные концентрации все еще остаются приблизительно идентичными. В отличие от уравнения состояния Ван-дер-Ваальса, все гидродинамические уравнения преимущественно содержат полную плотность р, а не малярный объем Уг. Поэтому получаем уравнение, связывающее эти две величины. Продутпы детонации плотных взвесей часто содержат конденсированные продукты, которые также должны быть приняты во внимание в соотношении, которое будет получено. Полная плотность р определена уравнением:

+ где Vt0, = Vg + Vc , и Vc = m^d, = cVJd,, где VM - полный объем,

Р~ V,o,

включая молярный объем газа, и Ус - объем, занятый конденсированной фазой, тс -масса конденсированной фазы в объеме V,oh dc - удельная масса объема конденсированной фазы, и а - концентрация конденсированных частиц во взвеси. Из вышеупомянутых уравнений следует, что

v = Vg • <8>

У tot

I-0/dc

+ С-И -(9)

Таким образом,

liji-a'dj _ „

vt

Эта уравнения могут использоватъы, когда задана концапрация а, но не в случае равновесных вычислений. Поэтому надо записать это соотношение в форме, вкшо-

чающей фракции различных компонентов n,g и nic, которые являются соответственно числами молей газообразных и сжатых компонентов на единицу массы. Единственный физически разумный подход к рассмотрению конденсированных частиц в продуктах детонации и горения в диапазоне давления шгже 1 кбар состоит в том, чтобы принять их как несжимаемые, поэтому истинный объем конденагрованной фазы в единице массы гетерогенной смеси будет:

Vc = £ (njcHic/djc), где |ilc - молекулярный вес конденсированных продуктов и d,c их удельный вес. Объём газообразных компонентов на едшпщу массы смеси будет У?"", но соответствующий объём, появляющгаюя в уравнении состояшга для газообразных продуктов, должен быть принят для моля:

(10)

Одна из наиболее важных газодинамических характеристик - полная плотность р irai удельный объем Vlol :

Vtot = 1/р = Vg^ + SOuOU (11) Таким образом, уравнение Ван-дер-Ваальса для газообразных продуктов можно записать следующим образом:

RT а (12)

Р =

l>3---

s v

V )

Здесь предположим, что константа Ь - аддггивная функция констант Ъ,\

Ь = 1п:8Ь/1п;8. (13) Это отношение кажется физически применимым. Что касается константы а, ее аддитивность намного меньше оправдана, однако, пока не имеется никакого другого подходящего приближения, её можно также принять аддитивной:

а=1а,(14)

Расчеты детонации не могут быть выполнены без определения скорости звука в продуктах. Параметры детонации зависят от того, является ли эта скорость равновесной или замороженной. Здесь нужно вычислить только равновесную скорость, потому что большинство практических получаемых детонационных волн распространяются при скоростях, соответствующих равновесной скорости звука, особенно, когда волны длинны, то есть распространяются в больших объёмах. Выражение для скорости звука:

с1-

( а N

Эр] =£.

^ пр

рУш( дЫ у,о1 СРТ{ дЫТ

Дробь с логарифмическими дифференциалами в знаменателе - только эквивалент эффективного уе£г = С/Су, которое будет использоваться в вычислении условий Чепмена-Жуге са = иа, то есть скорость звука равняется скорости частицы в точке Чепмена-Ж>тс.

Каждая производная в знаменателе может быть написана как

(дЫ У!01 I д1пх

(ду^ + (д\п(1-^ус/у»!р (16)

V { дых , У

Так как У1»УС, последний член может быть приближен к:

дУс'Уг д\пх

Уг

дУс Ус дУх

31пх угд]пх

(17)

Первый член в круглых скобках должен быть намного меньше чем последний, потому что, согласно принятому предположению, конденсированная фаза несжимаема и не расширяется термически, следовательно, принимая во внимание, что газовая фаза изменяет объём из-за сжатия и теплового расширения, а также что фазовые превращения и химические реакции незначительно изменяют объём, её объём может изменяться только из-за фазовых превращений или химических реакций. Таким образом, производная может быть упрощена без потери заданной точности:

........ (18)

Го\пУ1

5Ьх

'у

1

Другой подход к вычислению у - использование условия касания трех линий в точке Чепмена-Жуге: адиабаты Гюгонио, прямой Рэлея-Михельсона, и изоэнтропы, что даёт:

7 = Уир-роУр(У0-П (19) Вышеупомянутые формулы могут быть включены в равновесные вычисления параметров детонации, и при помощи вышеприведенных соотношений можно провести оценку таких равновесных параметров, имеющих отношение к ударным и детонационным волнам, как параметры детонации Ч-Ж в газообразных и двухфазных средах; параметры ударной волны позади ведущего ударного фронта детонации; параметры позади ударных волн различной амплитуды, отраженной от твердой стенки с воспламенением смеси позади них; параметры позади отраженных волн детонации; парамет-

ры взрывных волн вследствие детонации в облаке и на его границе; изоэнтропу продуктов детонации. Здесь следует отметить, что главная цель состоит в том, чтобы найти полную плотность взвесей высокоэнергетичных материалов, при помощи которых можно получить импульсы давления с амплитудой, достигающей 200 атм.. Такая оценка была проведена для смесей А1 + МНдМ03 (или ЫНдСШд) и взвесей индивидуальных конденсированных ВВ. Замечено, что давление в точке Ч-Ж возрастает приблизительно пропорционально начальной плотности взвеси. Плотность, при которой давление Ч-Ж находится в диапазоне 100 атм., составляет между 5-7 кг/м3, а волны давлениями в точке Чепмена-Жуте равными приблизительно 200 атм. могут быть созданы при помощи взвесей с плотностью ниже 10 кг/м3. Интересно, что скорость детонации повышается незначительно с ростом начальной плотности. Также становится понятно что стехиометрические смеси типа металл + твердый окислитель значительно эффективнее чем индивидуальные конденсированные ВВ.

Глава 3. Кинетика энерговыделення гетерогенных смесей.

В противоположность газовым смесям, кшетика знерговыделения в гетерогенных смесях исключает применение точно определенных кинетических мехшшзмов, содержащих элементарные стадии, поскольку она зависит от мнопгх физических и химических явлений, влиянием которых нельзя пренебрегать. По этой причине чрезвычайно полезны эмпирические выражения. В данной работе исследуются среды, в которых топливом является алюминий, а окислителем либо атмосферный воздух, либо окислители, находящиеся в твердой фазе. В первую очередь надо знать закон горения алюминия в воздухе. Закон горения можно написать на основе экспериментальных данных. Расчеты основаны на предположешш, что частицы плавятся, и из-за сил поверх- ' ностного натяжения принимают сферическую форму. Таким образом, горят сферические частицы. Размер частиц можно оценить, зная их распределение по размерам. При горении сферических частиц процесс носит дигрессивный характер. Такое горение хорошо описывается в следующей форме:

— й1 = к/, где с10 и d соответственно начальный диаметр сферической частицы,

и диаметр в какой-то момент времени г. Коэффициент к требуется найти на основе измеренных на ударной трубе времен горения и интенсивностей свечения. Запишем теперь известное термодинамическое соотношение:

_ ^Ср ;здесь Ср принимается равным Ср воздуха. Известно, что свечение связано с температурой следующим образом:

I = I„

r f V

Т

Ч шах J

(20)

Но с другой стороны йОШ можно выразить через теплоту выделяемую одной частицей, просуммировав по количеству частиц:

dQ dt

Vernix J

CpT

dm

(21)

<1/ " (1/

где т - масса отдельной частицы, д - удельная теплота, у - плотность алюминия в г/моль, птЫ - количество частиц в моле. Теперь выражая массу через диаметр частиц, и получаем:

Ю л „ сИ

д!

Теперь вместо Л2 подставим выражение, полученное из закона горения: Ю ,А(И

й1— (22)

IV л^/,, , \аа

(23)

Продифференшфуем правую часть и заменим dO/dl на известные величины:

( Т V*

d

;k

V I- /

dt

(24)

Теперь проинтегрируем получешюе соотношеш1е:

^ V.

I

12d

V ^max J

CT

■^jVP^kFjkdr (25)

ЧУ^шы

Будем интегрировать по частям и с заменой переменных: (¡1 — к? = г/2, затем, собирая константы в левой части получим:

О ¿02 - к/. (26)

Таким образом, получит уравнение, решить которое можно используя экспериментальные данные. Однако рассматривать горящую каплю без учета реакций происходящих в газовой фазе, а также пренебрегать газодинамическими явлениями было бы некорректно, и поэтому следует описать механизм горения более подробно. Далее кратко анализируем результаты измерения характеристик воспламенения и горения в

гетерогенных смесях при условиях, похожих на те, которые возникают за детонационными волнами, т.е. при температурах 1100-1500 К и давлениях 2-4 МПа для топливо-воздушных смесей и 2000-2500 К и 4-6 МПа для кислородных смесей. Традиционно в ударных трубах измеряется задержка воспламенения, которая характеризует только часть профиля энерговыделения. Другая часть этого профиля характеризуется временем сгорания, которое в гетерогенных смесях длиннее, чем в газовых. В смесях с более высокой концентрацией металлического порошка общая задержка воспламенения короче, что является результатом заметного роста температуры смеси, вызванного сгоранием более мелких частиц, которые воспламеняются раньше. Это ясно показывает влияние распределения частиц по размеру на энерговыделение: широкое распределение всегда приводит к очень размазанному профилю энерговыделения без резкого подъема температуры с неопределенной задержкой воспламенения. Следует отметить, что преждевременное воспламенение со слабо выраженной фазой индукции и растянутым временем сгорания характерно для пылевых систем, поскольку распределенное во времени зажигание связано не только с различными размерами частиц, но также и с их формой. Действительно, частицы неправильной формы могут быть по разному ориентированы по отношению к потоку- за ударной волной, а следовательно, прогреваться до воспламенения с разной скоростью. Следует ожидать, что теплоперенос окажется основным фактором, вызывающим воспламенение нелетучих твердых частиц. Время прогрева частицы до температуры воспламенения Т- в этом случае оценивается следующим образом

и

12А,

Сг 1п —

■Г

¡2

+ -

АН

7,-7; Г,-Г,

(27)

Здесь Т. и /. температура и температуропроводность газа, р5, С5, Тт и ДН - плотность, удельная теплоемкость, температура и теплота плавления частиц. Величина температуры Т$2 до которой нагревается частица за время скоростной релаксации за падающей (1) и отраженной (2) ударными волнами оценивается по соотношениям, полученным из уравнений определяющих движение частицы и перенос тепла

6Л2(уУ2)/2

(28)

Гл=Г1-(Г1-Г0)ехр

рА2С5

, где

(29)

') о

- усредненное по времени число Нуссельта ( оно находится из формулы Н=2+0.4611еаз* Рг033 , Рг - число Прандгля, Яе число Рейнольдса частицы,

11=4р5Б/ЗС<1р1и1. характерное время скоростной релаксации, и, -у5(1)=цехр(-(/у С4(11е) -коэффициент аэродинамического сопротивления, v* - скорость частицы, р,, и и, -плотность, вязкость и скорость газа. Хорошее соответствие расчетных и экспериментальных времен показывает, что воспламенение нелетучих частиц действительно зависит от прогрева их до температуры воспламенения, это предположение было успешно использовано в работе [16]. Кинетика воспламенения и горения газифицирующихся частиц более сложная, потому что уравнения теплопереноса должны решаться с учетом возрастающего газового слоя вокруг частицы, перемешивания газов и воспламенения газовой фазы. Не существует серьезных проблем в исследовании физически обоснованных моделей воспламенения и горения органических частиц: но многочисленные неопределенные коэффициенты появляющиеся в формулах и полуэмпирическая природа уравнений, описывающих тепло- и массоперенос, вносит так много неопределенности в конечные результаты, что многие исследователи предпочитают использовать эмпирические данные о задержках воспламенения и временах сгорания или экспериментальные профили энерговыделения, эти профили и характерные времена определяются из экспериментов на ударных трубах. Дробление капель и неизбежное присутствие горючего в аэрозолях жидких топлив делает их более реакцион-носпособными чем взвеси твердых частиц, а химическую часть задержки воспламенения и стадию горения более значительными. Поля концентрации и температуры смеси, сформированные вокруг раздробленной капли, неоднородны и, следовательно, обычно используемое приближение, в котором средняя температура смеси подставляется в эффективное уравнение Аррениуса для скорости реакции, не может адекватно описать процесс энерговыделения. Модель, учитывающая все эти факторы, все еще не развита. Поэтому большинство существующих моделей использует следующие допущения при описании химической реакции: 1) мельчайшие капельки тумана, содранные с материнских капель мгновенно испаряются и перемешиваются в воздушном потоке; 2) сформированная таким образом смесь воспламеняется как мгновенно, так и спустя некоторое время задержки воспламенения, которое определяется приравниваем к единице интеграла | (1 / )с!( ; 3)все параметры потока гомогенные, т.е. усреднены

по всему сечению трубы. Эти модели, без сомнения, страдают от недостатка серьезных физических обоснований и пренебрежения распределениями температуры и концентрации. Но, тем не менее, они оказались очень полезными для понимания основных особенностей гетерогенной детонации и оценки вкладов различных процессов в тепловыделение за фронтом ударней волны. В частности они объяснили, почему детонация распространяется в этих не перемешанных смесях, почему детонационная способность гетерогенных смесей может варьироваться химическими добавками к

топливу, и каковы основные факторы управляющие детонационными параметрами. Из-за недостатка достоверных теоретических моделей необходимые экспериментальные данные по кинетике энерговыделеши часто определяются непосредственно в экспериментах на ударных трубах. Поэтому влияние различных добавок на задержку воспламенения гетерогенных смесей было основательно изучено в работе [17]. Глобальные выражения для тепловыделения в гетерогенных смесях должны включать несколько физических и химических явлений. Едва ли целесообразно развивать модель, которая включает все мыслимые процессы потому, что она сделает необходимым рассмотрите сложного взаимодействия потоков газа и конденсированной фазы и решение уравнений в частных производных различного вида. По этой гтричиге ниже анализируются приближенные модели как для жидких, так и для газифицирующихся частиц. Капли жидких топлив, находясь под воздействием быстрого газового потока за фронтом ударной волны в детонационных волнах и в ударных волнах в реагирующих средах, подвергаются следующим превращениям: 1) превращение капли в диск, ориентированный поперек потока, и ускорите капли; 2) срыв пограничного слоя с деформированной капли и ее осколков; 3) перемешивание сорванной жидкости с газом в следе, возникшем за контуром капли, и испарение; 4) воспламенение и сгорание смеси.

Чтобы получить глобальное выражение скорости энерговыделения, проведем оценку характерных времен каждой стадии. Первое характерное время, это время деформации и разрушения капли:

( V

'1 =

и-IV

Р1

(30)

где и и У! - скорости газа и капли, соответственно: д и рг - плотности жидкости и газа; ^ - средний диаметр капли (поперек потока) принимается 2с1. Для типичных детонационных волн в топливовоздушных смесях 1| порядка одной микросекунды для капель размером 100 мкм и 0.1 микросекунды для капель диаметром 10 мкм. Эти времена во много раз короче характерных времен других стадий, это означает, что остальные стадии отвечают за скорость энерговыделешы. Действительно, ширина зоны за ведущим ударным фронтом, соответствующая этому характерному времени, около 1 мм в то время, как, обычно, зона энерговыделения в детонационных волнах в топливовоздушных смесях, по крайней мере, порядка нескольких см, а чаще более 10 см. Следующее характерное время - это время ускорения первоначальных капель и вторичных, возникших за счет их обдирания и разрушения. Первоначальная капля ускоряется в соответствии с уравнением:

<№ _ 3Срг (31)

Л

где С - коэффициент сопротивления, равный 24/11еН.4Л1е1/2 +0.44, Яе=(1„ (и-Ш)/у8, у8 - кинематическая вязкость газа. Приближенное интегрирование этого уравнения дает для прироста скорости капли:

,/ -и

(32)

ДГ7

и

1+ЗС

Р/

Здесь I - безразмерное время, приеденное к характерному времени I, . Из этого уравнения следует, что I - порядка единицы для №/¡3=0.1, т.е. отдельная капля ускоряется до скорости газа за время порядка I,. Вторичные капай, образовавшиеся за счет срыва пограничного слоя с жидкости, имеют размер порядка 10 мкм или меньше, это означает, что они приобретают скорость газа почта мгновенно. Итак, можно представить процесс следующим образом. Капля очень быстро превращается в облачко более мелких капель, а) Сорванные капли с размером примерно 10 мкм или меньше, достигающие скорости газа мгновенно и испаряющиеся в течение микросекунды, с того момента, как они влились в поток газа с обода деформированной капли, образуют узкую кольцеобразную зону с концентрациями горючего и окислителя, оптимальными для воспламенения, б) В сердцевине облака, заполненной относительно большими фрагментами топлива, возникшими во время распада капли и срыва микрокапель с нее, средняя концентрация горючего очень высока. Температура газовой смеси в этой области низкая. Во внешней зоне как температура, так и концентрация окислителя достаточно высоки, чтобы обеспечить быстрое воспламенение и горение. Проблема состоит в том, как оценивать температуру и размер этой зоны. На температуру в этой зоне оказывают влияние два пропшоположных фактора: а) газ в ней подвергся нагреванию двумя ударными волнами: ведущей ударной волной и присоединенной ударной волной около капли, поэтому эта температура должна быть заметно выше, чем температура в газе за ведущей ударной волной и б) быстрое испарение топлива, вызывающее охлаждение смеси. Продолжительность возрастания температуры за присоединенной ударной волной должна быть порядка , поскольку присоединенная ударная волна затухает по мере ускорения капли. Падение температуры за счет испарения топлива может компенсировать эффект перегрева жидкости присоединенной ударной волной. Нет достоверных данных о распределении температуры и концентрации вокруг капель в сверхзвуковых потоках, поэтому, памягуя о высокой чувствительности скорости реакции к температуре (ш сравнению с чувствительностью к концентрации) и о короткой продолжительности воздействия присоединенной ударной волны, можно

предполагать, что температура в зоне воспламенения близка к температуре, рассчитанной для усредненного потока за передней ударной волной.

Выделение тепла за ведущей ударной волной в этой упрощенной модели может быть приблизительно рассчитано исходя из предположения о мгновенном формировании зоны, готовой к химической реакции в облачке вокруг каждой капли. Объем зоны, способной к самовоспламенению, много меньше, чем полный объем с ненулевой концентрацией топлива вокруг отдельной капли. Действительно, экспериментальные фотографии непрозрачных объемов позади ударных волн, распространяющихся по аэрозолям, показывают, что средняя массовая концентрация жидкости в этих объемах превышает массовую концентрацию газовой фазы, что означает, что температура внутри этих объемов и, следовательно, скорость реакции должны быть много шоке, чем в пограничном слое, окружающем эти объемы. Дтя того, чтобы оцешпъ объем этой смеси, предполагаем во-первых, что жидкость полностью переходит в мелкий туман или газ и достигает скорости газа за время, равное 5ti , что следует из экспериментальных данных, и во-вторых, что смесь подготавливается в турбулентном следе на границе дробящейся капли. Длина следа находится из предположения, что относительная средняя скорость микрокапель тумана равна скорости газа, что касается большей части массы отдельной капли, в течение времени 5tn то ее средняя скорость Uav ~ 0,3U так как она изменяется от U до нуля за время меньшее чем 5tL Таким образом: l~Uav, t,,1.5, do(pi/pg)"2=(3do/2), здесь следует принять во внимание, что в соответствии с экспериментом диаметр деформированной капли перед ее распадом порядка 3do. Если утол турбулентного пограничного следа на краях капли равен а , тогда объем смеси, способной к самовоспламенению, т.е. в области, куда проникло достаточное количество газового окислителя, примерно равен V=(27/4)zdo3k2tana. Здесь а -угол расходимости турбулентно перемешивающегося слоя, tana «0.013 [18]. Оценка количества горючего в перемешивающемся слое показывает, что оно составляет только относительно небольшую часть массы отдельной капли. Действительно, основной механизм заполнения объема кольцевого конуса - так называемый механизм срыва пограничного слоя с капли. Скорость этого процесса можно оценить только приблизительно исходя из простых соображений. Отношение между скоростями газа Ug и жидкости Ц на границе раздела можно найти из равенства тангенциальных сил:

где и VI кинематические вязкости газа и жидкости, а рг и р1 их плотности. Размер пограничного слоя в жидкости:

(33)

и

г XV ,\У1 (34)

^

где X - размер обтекаемой поверхности. Поскольку скорость обтекания лобовой поверхности деформированной капли невелика, основной срыв жидкого пограничного слоя должен происходил, в области на периферии, где газовый поток имеет наибольшую скорость. В связи с этим целесообразнее считать, что срываемый пограничный слой начинается прямо на периферийной кромке и развивается на расстоянии, равном приблизительно толщине деформированной капли, т.е. х*(2/27)с!о (предполагается, что капля становится диском диаметром равным ЗсЮ). Тогда:

2 О* (35)

(36)

Относительная скорость уменьшения массы капли:

( V1* „ И

М0 Л ¿о3

. ч

где ж0 - начальная масса капли.

За время I ~ Щ^Р^1 относительная убыль массы будет:

(37)

I/

К"*)''2

Для капель диаметром 100 мкм это дает приблизительно 30%. Следует отметить, что данная оценка завышена, поскольку естественно не весь пограничный слой срывается. Исходя из данной оценки, можно утверждать: что концентрация горючего в слое смещения не должна сильно отличаться от стехиометрической для большинства углеводородов. Действительно, концентрация топлива в слое смешения оценивается как:

ШГ0й/У = Шр8/^а- (38)

Для ДМ , оцененной выше, и отношении плотностей за ударным фронтом р/р8« 100 получаем концентрацию « О.бкг/м3 в сжатом газе. Из этой оценки следует основной важный вывод, что температура в данной части следа за каплей должна бьпъ весьма близка к усредненной по газовому потоку. Поскольку время, необходимое для приготовления перемешивающегося слоя, очень короткое, скорость энерговыделения в нем может быть рассчитана путем использования глобальных уравнений, полученных для газовых смесей, при усредненной температуре газовой фазы и при стехиометрическом соотношении компонентов. Дальнейшее энерговыделение контролируется процессами диффузии и теплопроводности, поскольку облачко горючего, содержащее, как мелкие

капли топлива, так и его пары, двигается со скоростью, равной скорости окружающего его газа. Основными факторами, оказывающими влияние на скорость энерговыделения, являются поток тепла от окружающей газовой фазы к внутренней зоне следа капли и диффузия окислителя в том же направлении. Поток тепла необходим для испарения капель в холодной зоне следа. Эта задача могла бы быть решена численно, чтобы найти соотношения для вычисления скорости распространения зоны испарения, которая в этом случае похожа на диффузионное пламя. Однако неопределенность геометрии облачка, количества газа, заключенного в нем, его температура и соотношение газовой и жидкой фазы делает эти точные расчеты вычисления ненужными. Поскольку какое-то решение должно быть подобрано для экспериментальных данных, мы ограничимся рассмотрением упрощенной модели. Характерное время прогрева следа капли и проникновения кислорода в него, оцененное из профилей давления за детонационными волнами во взвесях капель размером в несколько десятком мкм или -100 мкм, составляет 200-400 мкс. Для его оценки рассмотрим следующую приближенную картину. Самовоспламеняющийся слой вокруг облачка горючего как бы поджигает оставшуюся часть диспергированного топлива и за счет разности температур продуктов и окружающего окислительного газа поддерживает обтекаю ниш сердцевину облака поток, который увеличивает градиент концентращш. Следовательно, вышеупомянутое характерное время фактически определяет время распространения волны смешения и сгорания топлива в следе раздробленной капли и, следовательно, скорости тепловыделения, потому что проникающий кислород и тепло приводят к быстрой реакции внутри следа, Таким образом, скорость энерговыделения можно записать как

_ г) ^ = с/ г! П, (39), где <3 - энергия сгорания единицы топлива,

Г ж р1ТгсЗо3\76Уо - количество топлива в оставшемся после воспламенения сгорающем следе, богатом топливом (не менее чем в 5 раз по сравнению с стехиометрией), Э -поверхность, через которую в след проникает окислитель, ^ -поток кислорода в след, количество 02 необходимое для окисления единицы веса топлива, с^ - начальный размер капли, V - текущий объем облака после распада капли, У0 - начальный объем облака. Потоки окислителя во внутреннюю зону облака, оставшегося после дробления капли, должны складываться из двух компонентов. Во-первых, из конвективной диффузии через боковую поверхность. При этом величина потока через боковую поверхность определяется как J^ = ]0 ^ Б , где индекс "1аГ означает боковую поверхность и:

*NumD(c -С0 ) (4°)

Jo2lat ~ , V°o2 '-o,;

где Nu- число Нуссельта, D- коэффициент диффузии кислорода в следе, С0ог ~ 0 -концентрация 02 в следе, - средний диаметр обтекаемого облака, С02 - концентрация О2 в окружающем воздухе. Во-вторых, из конвективного потока через торцевую поверхность облака, поскольку внутренняя область заполнена фрагментами исходной капли и они в момент реагирования все еще имеют скорость, отличную от скорости газа:

Оценки показывают, что боковой приток кислорода не может обеспечить сжигания следа за времена в несколько сот микросекунд при размерах исходных капель - ЮС мкм, что наблюдается в эксперименте. Можно попытаться оценить конвективный по ток через торец по средней скорости газа относительно облака, которая получена вы ше:

Для полного сгорания фрагментов необходимо, чтобы конвективный поток "продул облако приблизительно его пятикратным объемом (поскольку запас горючего та приблизительно в пять раз превышает стехиометрический), т.е.

время начала дробления капли. Эти оценки времени дают слишком малые величин по сравнению с экспериментом. Такое расхождение находит очевидное объяснени Действительно, скорость У8 - Ш , использованная при расчете, заведомо завышен поскольку, во-первых, газовый поток внутри следа ниже, чем снаружи, и, во-вторы фрагменты капли меньше по размеру, чем сама капля, поэтому ускоряются газовь потоком быстрее. Таким образом, при воспламенении капель за ударными волнам! воздухе кинетика выделения тепла определяется следующими стадиями. Первая с дия на которой тепло практически не выделяется - очень короткая стадия дроблеи Вторая стадия - стадия воспламенения. На третьей стадии происходит догораг фрагментов за счет притока кислорода в след и нагревания среды в нем за счет "об рання " следа на периферии.

(42)

(44), где ti

Глава 4. Измерение задержек воспламенения и времен горения предварительно перемешанных двухфазных сред.

Важными вопросами, на которые необходимо ответить при анализе аварийных ситуаций в условиях, где возможны скопления пыли энергетических материалов, являются: возможна ли детонация взвесей этих пылей в воздухе, и каковы критические условия для ее возникновения и распространения. Поскольку в этом случае для ответа на поставленные вопросы требуется знание скорости выделения тепла во взвесях в условиях, близких к тем, которые существуют за детонационными волнами, кинетические данные необходимы в области характерных времен, не превышающих 1 мс. Простые оценки показывают, что при больших временах реакции критические расстояния для взрывных процессов становятся настолько большими, что данные взвеси следует рассматривать как неопасные с точки зрения интенсивных механических разрушений. Хотя в литературе воспламенение пыли энергетических материалов за ударными волнами уже рассматривалось в ряде работ [19-23] более подробное исследование этого процесса представляется важным не только с точки зрения расширения баз количественных данных, но также выяснения соотношения между стадиями воспламенения и горения этих систем, роли образования агломератов в исходной взвеси, их распада, вызванного проскальзывающим потоком (между частицами и газом) в кинетике процессов тепловыделения на этих стадиях, поскольку данным вопросам в литературе уделялось явно недостаточно внимания. Здесь и далее предпринята попытка хотя бы частично ответить на вышесказанные вопросы на примере системы, которая в литературе практически не изучалась - смеси твердых горючего (А1) и окислителя (МН^Оз). Кроме того, проведены опыты и с взвесями А1 в воздухе.

Эксперименты проводились в ударной трубе из нержавеющей стати, имеющей внутренний диаметр 60 мм. Камера низкого давления 3 (КНД) имела длину 4 м, а камера высокого давления 1 (КВД), при внутреннем диаметре 200 мм, имела общий объем 15 л. Известно, что при детонации рассматриваемых систем развиваются существенно большие давления по сравнению с детонацией гомогенных газовых смесей, поэтому для достижения условий, возможно более близких к исследуемым детонационным волнам, пришлось проводить эксперименты при высоких начальных давлениях в ударной трубе, что сделало необходимым использование в качестве толкающего газа продуктов взрыва. КВД заполнялась водородо-воздушной смесью, которая позволила не только создать высокое давление и толкающий газ с высокой скоростью звука, но также синхронизировать впрыскивание топлива и разрыв диафрагмы 2. Порошкообразное топливо и окислитель впрыскивались в конце секции низкого давления. После разрыва диафрагмы порошок впрыскивался вместе с воздухом в смесительную пред-

камеру, и, попадая на рассекатель 13, перемешивался с воздухом в турбулентном потоке. Рассекатель жестко прикреплялся к клапану 14, закрывающему выходные отверстия в плоском торце ударной трубы. Смесь под давлением выбрасывалась в ударную трубу через эти отверстия. Пружина, прикрепляющая клапан к торцу, возвращала клапан в первоначальное положение посте окончания впрыскивания. Контрольные эксперименты с поглощением света показали, что впрыск длился около 0,01 сек. Длина трубы, заполненной исследуемой смесью, составляла около 1,3 м в экспериментах с воспламенением за отраженными ударными волнами и 2,5 м в экспериментах с воспламенением за падающими ударными волнами. Скорость ударной волны измерялась с помощью записи сигналов от трех датчиков давления 6, установленных в пределах той части КНД, которая была заполнена двухфазной смесью. Температура, давление и плотность как за падаюпщми, так и за отраженными ударными волнами рассчитывались. Развитие реакции отслеживалось с помощью датчика давления, двухэлектродно-го датчика ионизации 7 и фотоумножителя 8, записывающего общую светимость. Сечение наблюдения было расположено на расстоянии 10 мм от торца, через который впрыскивалась смесь. Для наблюдения за развитием реакции за падающими ударными волнами была установлена дополнительная полуметровая секция трубы между устройством впрыскивания и сечением наблюдения, которая позволила регистрировать изменение состояния смеси за падающими ударными волнами в течение как минимум 1 мс до подхода отраженной ударной или детонационной волны. Бедные топливом смеси Л ¡-воздух. Для уменьшения влияния частиц друг на друга при воспламенении и горении первые серии экспериментов были проведены при очень низких концентрациях А1 в воздухе (30 г/м3, что соответствует 0,1 от стехиометриче-ской концентрации) с воспламенением за отраженными ударными волнами. Свечение начиналось почти сразу за отражением; задержки воспламенения, приведенные на рис. 1, колебались между несколькими микросекундами и 15 мкс. и были порядка времени прогрева отдельных частиц до температуры воспламенения. Затем свечение возраста-" ло и выравнивалось. Время горения на этой стадии показано на рис. 2 в зависимости от температуры. Это время практически не зависело от начальной температуры и изменялось между 50 и 170 мкс. Осциллограммы отражают также второй рост свечения, более интенсивный, чем первый. Время горения - на стадии вблизи второго максимума - показано на рис 3. Оно также слабо зависело от температуры и варьировалось от 200 до 600 мкс. Вышеприведенные результаты предварительно могут быть объяснены следующей последовательностью процессов: мелкие частицы из левого крыла распределения дисперсности, также как и более крупные, соответственно ориентированные относительно потока газа, за ним нагревались и воспламенялись практически мгновенно, и начинали гореть в виде расплавленных частиц. Форма этих расплавленных

частиц близка к сферической. Это составляет первую стадию горения. Можно предположить, что основная масса оставшихся частиц, из-за их большего размера и агломерации частиц при впрыске, воспламенялась и сгорала гораздо позже в условиях практически неподвижной среды, так как отраженная ударная волна останавливала газовый поток. Такие условия являлись неблагоприятным! для прогрева и распада агломератов, поэтому задержка воспламенения становилась гораздо более длительной. Время их горения также было более продолжительным из-за большего размера частиц.' Однако существовал также фактор, ускорявший процесс горешы последней доли частиц. Это рост температуры, вызванный горением меньших частиц и соседних более крупных частиц. Вследствие этого разнила во временах горения не так уж велика. Стехиометпрические Л1-воздуишые смеси. Переход к стехиометрическим А1-воздушным смесям выявил неожиданные характерные особенности. Действительно, первая стадия воспламенения фактически исчезла, хотя вторая стали протекала с более длительной задержкой и развивалась с меньшей скоростью. Об этом свидетельствуют данные о временах горения и задержках воспламенения, представленные на рис 4 и 5. Эти времена лежали в миллисекундной области, что в 2-3 раза больше, чем соответствующие величины для бедной смеси. Впрыскивание больших количеств порошка с тем же количеством воздуха повлекло за собой образование групп слипшихся частиц вместо отдельных частиц. Мелкие частицы, возможно, прилипают к большим и, сдерживая тем самым первую стадию воспламенения, увеличивают характеристические времена второй стадии. Этот эффект оказался настолько значительным, что температура воспламенения за отраженными ударными волнами была существенно выше, чем в бедной смеси.

Смеси ХН^ХОз-.-И-Лг. Детонационные волны с повышенной амплитудой давления могут быть инициированы в смесях, где окислитель находится в твердом или жидком состоянии, поэтому нашим следующим шагом было изучение воспламенения смесей, состоящих из порошков окислителя (нитрат аммония) и алюминия, а также определение времени разложения порошка нитрата аммония в инертном газе (Аг). Измерения параметров воспламенения МИ^Оз-А! смесей за отраженными ударными волнами были проведены с концентрациями твердой фазы в Аг равными 30,60,120 и 300 г/м3. Частицы нитрата аммония имели средний характерный размер 40 мкм. Как и в А1-воздушных смесях, рост концентрации твердой фазы уменьшал светимость и немного увеличивал время горения, которое лежало в пределах 200-300. Это согласовывается с гипотезой о слипании впрыскиваемых частиц при более высоких концентрациях твердой фазы.

Воспламенение за падающими ударными волнами. Обсужденные выше результаты противоречили экспериментам с детонационными волнами, которые демонстрирова-

ли, что смеси чешуек А1 с воздухом детонировали с временами реакции около 100 мкс. Это несоответствие характерных времен, по-видимому, могло бы быть отнесено к различным условиям, при которых воспламенение имело место за падающими и отраженными ударными волнами. Поток вокруг частиц за падающими ударными волнами способствовал распаду агрегатов, теплообмену и воспламенению, поэтому мы должны были ожидать в этом случае уменьшение задержек воспламенения и времен горения. Для проверки этого предположения проведены эксперименты по воспламенению А1 частиц и МгЦМОз-А! смесей за падающими ударными волнами. Опыты по воспламенению стехиометрических А1-воздушных смесей за падающими ударными волнами показали, что: Задержка воспламенения значительно уменьшилась. Светимость достигала своего максимума в течение 200-300 мкс, что указывало на незначительную зависимость времени горения от параметров потока. Температура воспламенения (около 1000 К) была ниже, чем измеренная за отраженными ударными волнами. Характеристики воспламенения за падающими ударным! волнами подтвердили тот факт, что взвеси чешуек А1 могут легко детошгровать в воздухе, то есть, имеют задержки воспламенения порядка нескольких десятков микросекунд и умеренно продолжительные, но не зависящие от температуры времена горения. Задержки воспламенения и времена горения стехиометрических А1-воздушных смесей приведены на рис. 4 и 5. Их сравнение четко подтвердило вывод о сильном влиянии параметров потока вокруг частиц на характеристики и воспламенения, и горения. Для оценки того, насколько быстро происходит газификация частиц окистггеля (МЩЯОз), проведены опыты с воспламенением их смесей с А1 в аргоне за отраженными волнами. Картина процесса мало отличалась от наблюдаемой при воспламенении А1 частиц в воздухе, то есть реакция начиналась почти мгновенно и имела приблизительно ту же длительность, однако уровень свечения был существенно ниже. Развитие реакции в смесях NH4NO3-.Al-.Ar, по-видимому, протекает по следующему' сценарию. Сначала реагируют частицы А1, прилипшие к частицам нитрата аммония. Поскольку поставка окислителя к этим частицам происходит быстро, реакция начинается практически мгновенно, затем наступает медленная стадия окисления, контролируемая поставкой окислителя к частицам А1 за счет разложения окислителя. Профили давления и светимости за детонационными волнами, возникшими после отражения ударных волн, при условиях воспламенения ЫЩ^Оз-А! смеси в Аг, продемонстрировали, что реакционная зона сохранялась на уровне 200-250 мкс, то есть время герани было нечувствительно не только к температуре, но и к давлению, так как давление за отраженной ударной волной в этих экспериментах было приблизительно в два раза больше, чем в опытах с воспламенением за отраженными ударными волнами.

Из результатов ударноволновых исследований можно сделать заключите, что характерные времена реакций в смесях, содержащих большое количество твердофазного окислителя и металлических порошков, оказываются очень чувствительными к способам распыления порошков и могут меняться в широких пределах.

Глава 5. Оценка времени индукции и горения смесей рентгенографическим методом.

Для оценки времени индукции и горения смесей частиц А1 и ЫЩч'Оз с воздухом в падающих волнах был проведен специальный эксперимент, в котором был получен мгновенный рентгеновский снимок детонационной волны, распространяющейся по взвеси.

Установка представляла собой горизонтальную детонационную трубу диаметром 70 мм, изготовленную из нержавеющей стати. Общая длина трубы 6,4 метра. Она состоит из трех основных секций рис. 6 , разделенных между собой двумя мембранными узлами. КВД1 - камера высокого давления, заполняемая толкающим газом (воздухом) до давления разрыва мембраны (около 4 атм.) на первом мембранном узле (МУ1). Эта секция служит для создания первичной ударной полны, которая, распространяясь по камере низкого давления (КНД), будет поднимать, перемешивать и предварительно нагревать произвольно насыпанные вдоль КНД порошкообразные алюминий марки ПАП - 2 и аммонийную селитру в стехиометрическом соотношении. КВД2 - камера высокого давления, которая заполняется реакциошюспособной стехиометрической пропилено - воздушной смесью. Ее инициирование производится в момент прихода ударного импульса на второй мембранный узел (МУ2), где расположены лепестковые контакты. Детонация или взрывное сгорание пропилено-воздушной смеси вызывает повышение давления в КВД2, что приводит к созданию инициирующего ударного импульса, распространяющегося по стехиометрической пылевзвеси алюминия с селитрой и приводящего к ее реагированию. Рентгенография реагирующей взвеси производится с использованием рентгенографической импульсной установки МИРА-2Д. Фотографирование производилось с использованием специальной щелевой секции установленной в середине камеры низкого давления. Щели размерам! 250x4 мм. диаметрально противоположны. С одной стороны щель закрыта прозрачной для рентгеновского излучения углеволоконной пластиной толщиной 5 мм. С другой, закреплен блок фотопластинки. Съемка производится на рентгеновскую, оптически несенсиби-лизированную плёнку типа ХВМ чувствительностью 1200 единиц. Выяснено, что вспышка рентгеновского излучения происходит с погрешностью ±80 мкс., и поэтому реальное время вспышки фиксируется. Для этого в непосредственной близости от разрядника помещена антенна, сигнал с которой фиксируется. Зная скорость детонацион-

ной волны, можно точно определить, в какой момент от начала взаимодействия сделан рентгеновский снимок. Регистрация скорости детонационной волны осуществляется на двух базах тремя датчиками давления. Время реакции, определенное из профиля плотности за волной составляло 20-40 мкс, что существенно меньше, чем даже то, которое было измерено на ударной трубе во взвесях А1 частиц. Скорее всего, данное расхождение определяется разными способами распыла частиц. В ударной трубе, очевидно, на воспламенение и горение оказывает сильное влияние неполный распад агрегатов, образовавшихся при распыле порошка. В детонационном опыте взвесь образована из слоя порошка, над которым предварительно пропускалась ударная волна достаточно низкой амплитуды (число Маха не более 2), которая обеспечивала значительно лучшее распыление А1.

Глава 6. Исследования основных характеристик слоевых систем.

Для слоевых систем важное значение имеет механизм и динамика смесеобразования за волнами давления, скользящими вдоль границы раздела системы порошок-газ. Этот процесс всегда предшествует взрыву в заранее не перемешанной системе. К настоящему времени выполнено достаточное количество работ, позволяющее описать картину выноса частиц из пылевого слоя газовым потоком за ударной волной. Для определения полей концентраций недостаточно обычного или теневого фотографирования взаимодействия ударной волны со слоем пыли, т.к. позволяют определить лишь форму пылевого облака, но не дают никакой численной информации о плотности облака в плоскости параллельной движению ударной волны. Поэтому приемлемым способом получения полей концентраций является использование рентгенографической установки, с помощью которой можно получить рентгеновские снимки, и определил, поле концентраций вещества в газе, а также посчитать полную массу поднятого ударной волной порошка. Рабочее вещество должно хорошо поглощать рентгеновское излучение и быть достаточно инертным, чтобы химически не взаимодействовать с продуктами горения и кислородом воздуха. Таким требованиям удовлетворяют соли тяжелых металлов. В экспериментах использовался фторид свинца с размером частицы 30-50 мкм. Проведены опыты по исследованию взаимодействия ударной волны со слоем дисперсного вещества. Прямоугольная секция имеет в центре сквозное прямоугольное окно размером 8x19 см., предназначенное для рентгеновской съёмки. Исследуемое вещество помещается между фотопластинкой и прозрачным для рентгеновских лучей окном. В качестве источника рентгеновского излучения используется промышленная дефектоскопическая установка "МИРА-2Д" (см рис. 7). Для получения одиночной синхронизированной вспышки рентгеновский аппарат был доработан следующим образом. Электроды разрядника были принудительно разведены на расстояние, ис-

ключающее самопрошвольный пробой. В промежуток разрядника введены электроды затравочного импульса, который ионизирует воздух между электродам! основного разрядника, там самым повышая проводимость промежутка, и вызывает пробой высокого напряжения на анод рентгеновской трубки. Регистрация скорости ударной волны осуществляется на одной базе двумя датчиками давления. Проведены опыты по взаимодействию ударной волны со слоем толщиной 2мм., и полуцилиндрическим валиком мелкодисперсного фтористого свинца. Опыты проводились на ударной трубе длиной 4 метра. В предварительно откаченную камеру высокого давления, закачивалась смесь пропан + кислород в стехиометрическом соотношении до давления 0,6 ата. Скорость ударной волны , измеренная на одной базе в области окна для съемки, составляла в среднем 1500 м/с для всех снимков. Получено десять снимков взаимодействия УВ с валиком со следующей задержкой после начата взаимодействия с веществом: 60, 110, 210 и 400 мкс. Но, процессы, происходящие в области окна для регистрации, лучше видно по построенному полю концентраций, представленному на рис. 8. Эксперименты с взаимодействием ударной волны с валиком, показали, что методика обеспечивает необходимую точность, и является приемлемой для исследования процесса подъема вещества га слоя при помощи ударной волны. Были произведены рентгеновские стопа! взаимодействия ударного фронта, движущегося со средней скоростью 1500 м/с со слоем дисперсного фтористого свинца толщиной 1,5-2 мм. Получены снимки с задержками, после начала взаимодействия УВ со слоем, в 194,284, и 340 мкс. Образец снимка и поле концентраций показаны на рис 8 и 9. На снимке видно развитие гидродинамической неустойчивости. Вещество поднимается клином с утлом наклона 20°. Также на снимке видны наклонные полосы с повышенной концентрацией, которые видимо, связаны с взаимодействием распылённого вещества с отраженными от стенок трубы ударным! волнами. Для каждого снимка определена полная масса поднятого вещества и в результате построена функция массы поднятого вещества от времени пошедшего от начала взаимодействия УВ со слоем вещества. Затем, найдена скорость поступления твёрдой фазы в газовую, которая составила в среднем: У=2,02Е-01 гр/мкс. В дальнейшем, этот результат позволил провести опыты по наблюдению детонации в слоевой системе. В частности, скорость поступления твердой фазы в газовую была важнейшим неизвестным параметром при расчете экспериментальной установки и определения кинетики всего опыта в целом.

Глава 7. Детонация в трубах и в облаках в свободном объеме.

Как видно из термодинамических вычислений, при помощи взрывных систем с плотностями, свойственными пылевзвесям возможно получать волны с давлениями до нескольких сотен атмосфер, которые могут использоваться с целью получеши более

рационального распределения энергии взрывов и получения длительных высокоам-гспггудных взрывных волн. Проблема, которая должна быть решена - найти способ детонировать эти взвеси.

Первые эксперименты с взрывчатыми материалами (и распыленными КВВ и со смесями твердое топливо + твердый окислитель) как распределенными по дну трубы, так и инжектированными во внутренний объём трубы перед инициированием демонстрировали, что такие системы обладают очень низкой детонационной способностью. Как оказалось особенно важную роль в получении детонационных режимов в трубах играет способ распыления твердых компонентов смеси во внутреннем объеме ударной трубы. В результате так и не удалось получить полностью развитой детонации даже с очень сильными инициаторами, большинство смесей показало двух - или многофронтовую детонацию с эффективным энерговыделением, которое является очень далеким от полного. Факт генерации второго фронта детонации в смесях топлива и окислителя с воздухом дал следующую идею: чтобы заставил, частицы реагировать позади первого ударного фронта, они должны быть предварительно прогреты. Следующим шагом должно быть введите пыли вместе с горячими продуктами сгорания или поднятие их со дна трубы газовой детонационной волной, распространяющейся по слою пыли на дне трубы и только затем создавать инициирующий импульс, вызывающий детонацию. Эксперименты были поставлены следующим образом. Смесь "металл + нитрат аммония " была загружены в несколько инжекторов, причем инжекторы были установлены равномерно по всей длине трубы. После того, как посредством сжигания небольшого количества черного пороха в каждом инжекторе, произошла инжекция смеси в трубу, (также проводились опыты с инжектированием смеси в трубу путем направления в пеналы инжекторов продуктов сгорания газовой смеси), с некоторой задержкой труба была продута прапилено-кислородной смесью, которая была зажжена от открытого конца ударной трубы. Волна, распространяющаяся по трубе, подни-" мала пыль и прогревала нитрат аммония, вынуждая его отдавать кислород. Затем волна доходила до диафрагмы инициирующей газовой секции, и замыкались контакты цепи подрыва газового заряда инициирующей секции (5-12 атм.) Взрыв инициирующей газовой смеси создал сильную взрывную волну, которая инициировала взрывопо-добный процесс в пылегазовой смеси. Профиль давления в волне эволюционирует, что реакция продолжается позади ей фронта и не только поддерживает её, но и поднимает ее амплитуду, пока не будет достигнуто почти состояние Чепмена-Жуте. Так как техника подготовки смеси была несовершенна, и не могла гарантировать гомогенное распределение компонентов, давление волны, понижалось в конце часть трубы. Записи давления точках вдоль трубы показаны на рис. 10. Таким образом, при средней плотности взвеси в трубе порядка Зжг/м3 давление в детонационной волне может пре-

вышать 100 атм. Переход в детонацию наблюдался в пределах 1 или 1.5 м. от КВД, при инициирующем импульсе с относительно низкой интенсивностью, (импульс создавался детонацией газового заряда при начальном давлении 5-10 атм.), что довольно близко к минимальной энергии инициирования детонации в газовых топливовоздуш-ных смесях. В практических ситуациях сжигание смеси (irai свободно-насыпной или прессованной) часто происходит с разбросом горящих частиц в воздух, который иногда заканчивается пока необъясненным неправдоподобно высоким эффехт разрушения от этих взрывов. На вопрос, насколько опасен этот распыленный материал, который формирует облако, можно было бы ответить только экспериментально из-за нескольких неизвестных коэффициентов, которые входят в состав соответствующих моделей. Сначала были сделаны эксперименты с разбрасыванием горящего материала и со вторичным инициированием облака. Смесь в трубе была создана сжиганием части насыпной смеси в инжекторе и с последующим инжектированием горящих частиц в трубу после разрыва диафрагмы. Сразу после инжектирования была взорвана инициирующая газовая смесь. Эти эксперименты показали, что переходные процессы в трубе должны развиваться взрывоподобным способом, поскольку они протекают в однородных временно остановленных порошках в горячей газообразной среде, но из-за неоднородного распределения смеси, наблюдаются только нестационарные взрыво-подобные процессы с высокими амплитудами давления, очевидно, из-за неоднородного распределения смеси в трубе. Записи давления ясно показывают, что поддержка реакции и увеличивающаяся амплтпуда ведущей ударной волны происходят с некоторой задержкой. С целью получения детонационных волн высокой амютгГуды и длительности, в предварительно перемешанной и прогретой двухфазной смеси, была выбрана схема с предварительным впрыском горючего и окислителя, находящихся в твёрдой фазе, посредством порохового заряда вдоль ударной трубы в сторону открытого конца, с последующим инициированием взвеси с помощью газового заряда. В качестве рабочего вещества используется смесь алюминия марки ПАП-2 (размер частицы 10 мкм.) с нитратом аммония (размер частицы 10-30 мкм.) в стехиометрическом соотношении с учётом воздуха внутри ударной трубы. Опыты проводились при кон-цетрациях смеси, взвешенной в ударной трубе, равной 3-4кг/м3. Газовый заряд расположен у того же конца ударной трубы, где и устройство впрыска смеси (инжектор). Газовый заряд подрывается в тот момент, когда ударная труба полностью заполнена взвесью, выброшенной из устройства впрыска. Синхронизация инициирования секции высокого давления газового заряда относительно момента заполнения трубы взвешенной смесью осуществляется при помощи контактного датчика. Датчик расположен с учётом его инерциальности. Расстояние между секцией впрыска и контактным датчиком синхронизации определено экспериментально. С целью определения этого рас-

стояния было проведено несколько опытов с инертным порошком, заменяющим смесь. При проведении экспериментов осуществлялась регистрация давления посредством четырёх датчиков Т-2000, установленных в различных сечениях по длине ударной трубы, и свечения, при помощи фотодиода ФДК-601, установленным в одном сечении с одним из датчиков давления. Отказ вторичного инициирования взрывом газообразной смеси в некоторых опытах, только слегка изменил картину, что подразумевает, что температурные и концешращюнные градиента в облаке способствуют ускорению ударной волны и переходу к взрывоподобным процессам. Поэтому все последующие эксперимента проводились без вторичного инициирования. В данной части работы проводилось сравнение характеристик (давления и импульса) систем при стехиометрическом соотношении " твердое топливо + твердый окислитель" с газовыми смесями " кислород + пропилен" в открытом объеме. Эксперимент с двухфазной смесью проводился путем инжекгарования струи в детонационную трубу. В настоящее время существует качественное понимания механизма перехода горения в детонацию системы " твердое топливо - твердый окислитель" в ударных трубах. Его можно представить в виде следующих стадий. В предварительно прогретой смеси образуются очаги горения "горячие пягаа", в свою очередь, ускоряющийся фронт пламени генерирует перед собой волны сжатия , столкновение которых приводит к образованию более горячих областей и следовательно к ускорению химической реакции и инициированию в них горения, которая переходит в детонацию. Однако количественные модели для описания процессов - ускорение пламени в канале, генерация перед фронтом пламени волн сжатия и образования " горячих пятен" отсутствуют. Инициирование смеси в ударной трубе было организовано инжектированием рабочей смеси с добавлением флегматизатора (гептана) для образования прогретой взвеси в кашле. При инициировании такой смеси в канале зона энерговыделения будет шире, следовательно импульс ударной волны тоже увеличится. Во время процесса наблюдалась также и детонация рабочей смеси в открытом объеме за пределами ударной трубы у открытого её конца. Для сравнения давления и импульса происходящего процесса в открытом Объеме был проведен опыт с газовой смесью (пропилен + кислород) с таким же энерговыделением что и у двухфазной смеси (алюминий + аммиачная селитра) в стехиометрическом соотношении. По полученным данных эксперимента было определено что в гетерогенных системах "твердое топливо + твердый окислитель" происходи 'детонация в открытом объеме с началом инициировании реакции в ударной трубе, причем получаемые импульсы превосходят по величине импульсы гомогенной

системы "кислород + пропилен".

Итак, проведенные опыта показали, что для получения мощных взрывных волн вовсе не обязательно разделять стадии распыления взвеси во внутреннем объёме дегонаци-

онной трубы, предварительного прогрева смеси и инициирования. Поэтому дальнейшие исследования были проведены только при условии инжектирования прогретой смеси из одной точки, как в ударную трубу, так и в свободный объем. Задача по получению устойчивой детонации в гетерогенной смеси в трубах была решена, и поэтому дальнейшие исследования были направлена в основном на получение детонационно-подобных режимов сгорания смеси в свободном объеме и исследование их свойств. Исследования воспламенения и детонации гетерогенной смеси типа твердый окислитель - металлическое горючее в свободном объеме проводилось в два этапа. Опыты проводились со смесями алюминий + нитрат аммония, находящихся в различных соотношениях. Масса заряда не превышала 200 гр. На первом этапе выяснялась собственно возможность получения детонации в указанных смесях в свободном объеме прямым инжектированием взвеси во внешний объем и воспламенением без использования переходного участка в детонационной трубе. На втором этапе работы исследовано влияние соотношения компонентов смеси на параметры ударной волны. В частности определялся максимальный процент металлического горючего (алюминия) при котором наблюдается рост максимального давления в волне. Также изучено влияние избытка горючего в смеси на параметры ударной волны в предположении, что избыток горючего будет вступать в реакцию с кислородом воздуха. В большинстве опытов масса смеси в инжекторе составляет 180 гр. Опыты по поиску методики получения детонации гетерогенной взвеси в свободном объеме являются продолжением экспериментов с короткой трубой представленных выше. Проведя несколько опытов с укороченной до 0,6 м. трубой стало очевидно, что при незначительном изменении конструкции инжектора реально получить детонацию во впрыснутой во внешний объем смеси без переходного участка в трубе. Опыт с большим избытком алюминия (120 гр.) в смеси показал, что давление снизилось, хотя суммарный импульс продолжает возрастать. На кадре видеосъемки заметно видно облако горящей смеси с ярко выраженной реакцией с кислородом атмосферы на границе облака и реакцией с продуктами разложения твердого окислителя. Ранее были рассмотрены опыты при условии инжектирования смеси в одном направлении. Однако построение модели процесса в такой геометрш затруднено из-за того, что на характер процесса влияет очень много факторов. В частности, сложен для моделирования процесс истечения реагирующей струи из инжектора, процесс формирования плазменного облака, которое к тому же движется с довольно высокой скоростью. Также немаловажен тот факт, что на развитие процесса оказывают большое влияние стены камеры, в которой проводится опыт. Поэтому последующие эксперименты проводились при условии полусферической геометрии реагирующего облака. Кроме исключения влияния геометрии камеры на форму облака и характер процесса в данном случае появляется возможность прямого сравне-

ния действия волн порожденных реагирующим облаком с волнами, образующимися вследствие взрыва хорошо изученного конденсированного вещества, такого как тринитротолуол. Ударные волны на поверхности при взрыве "ТОТ хорошо описываются известной эмпирической формулой Садовского. Были проведены опыты по изучению самовоспламенения и детонации в открытом объёме 100 грамм предварительно перемешанной смеси алюминия и ПХА в соотношении 50%+50% при условии сферической геометрии инжектированного облака.

Последние опыты с инжектором полусферического инжектирования показали нецелесообразность увеличения веса заряда ввиду очень продолжительного времени истечения смеси. Поэтом}' решено было сразу же перейти к тестам зарядов с тонкой оболочкой. Оболочкой заряда служила цилиндрическая жестяная банка высотой 120мм, диаметром 80мм, и со стенками толщиной 0,5 мм. Поскольку в практических условия> смесь твердого окислителя с твердым или жидким топливом может быть инжектиро вана в окружающий воздух, интересно оценить опасность этих струй. Эксперименты < горящим материалом, введенным в свободный объем воздуха показывают, что в эта взрывных волнах случаи с под держивающейся реакцией также возникают в облак< вне инжектора. Имеются две наиболее заметных особенности ударных волн с реакци ей, порожденных взрывами пылевых облаков: (I) чрезвычайно высокие излучения а облака, которое вызвали серьезные проблемы в регистрации давления, потому чп быстрый нагрев датчика искажает сигнал и (П) ненормально длинные импульсы дав ления.

То, что смесь окислитель - А1 реагирует в свободном объёме производя сильны взрывные волны, дало идею относительно эффекта увеличения действия взрыва, дс бавлением дополнительного А1 в смесь. Дополнительный А1 (выше необходимого да стехиометрии) мог бы реагировать с окружающим воздухом и увеличивать таким oi разом, и амплитуду и продолжительность взрывных волн. Эксперименты, выполнет ные с относительно маленькими зарядами (все заряды, используемые в этой работ имеют массу 180, и 200 г) показали, что наилучший эффект наблюдается в случа< когда отношение веса компонентов составляет 1:1.

Вышеупомянутые эксперименты ясно демонстрируют, что смеси типа металл + тве] дый окислитель могут использоваться как эффективные энергетические источнш для генерации взрывных волн с амплитудами волны, легко варьирующимися в пред лах широкого диапазона, изменением плотности взвеси (или в случае инжектор управлением интенсивностью горения внутри инжектора). Эти смеси обещают сл дующие преимущества: (I) Повышенные удельные энергии в сравнении с энергиял обычных взрывчатых веществах и возможность вовлекать окружающий воздух в пр цесс генерации взрывной волны. (П) Подобные заряды довольно безопасны в обращ

нии, потому что компоненты заряда в инжекторе не обязательно должны быть предварительно смешаны. (Ш) Не нужен сильный инициатор (смесь, зажжена слабым энергетическим источником).

Следовательно смеси могут рассматриваться как взрывчатые вещества для пракпгче-ского применения, и более того интересно сравшпъ эффективность взрывов таких смесей с обычными КВВ. В диаграмме на рис. 11 сравниваются максимальные амплитуды давления волны, полученные посредством этих типов взрывчатых систем при подобной геометрии. Сравнение показывает, что тротиловый эквивалент новых взрывчатых систем, показанный в обоих случаях и импульса и давления - намного больше чем таковой в газообразных смесях на всех расстояниях от заряда, и выше (до коэффициента 4-9 в давлениях и больше чем 10 в импульсе) чем в во взрывах ТНТ в диапазоне давлений от 2 атм. до 20 атм.. Импульсы давления, от этих взрывов длятся дольше 20 мс на уровне давления 4-10 атм.

Эксперименты также показали чрезвычайно высокое тепловыделение, от этих взрывов, так как стены бронекамеры были заметно нагреты после опытов. Переходный процесс ускорения фронта реакции в облаке также сложен, даже для качественного понимания. Чтобы глубже понять процессы в реагирующей взвеси, проводилось моделирование, включающее много конденсированных и.газовых фаз и реакции между ними. Результаты, качественно совместимые с экспериментальными наблюдениями ясно демонстрируют выполнимость перехода от дефлаграшш до интенсивных ударных волн, с реакцией в облаке.

Теперь пытаемся объяснять оба механизма, как воспламенения частиц, так и переход от дефлаграции до детонации в предварительно прогретых пылевоздушных смесях. Следует ожидать, что взвеси частиц в воздухе включают большое количество больших агломератов, которые появляются на стадии процедуры подготовки смеси. В смесях с металл + твердый окислитель, где частицы окислителя более грубые, они обычно покрываются металлом, и из этих частиц, покрытых металлом, в свою очередь, формируются агломераты. Так как время прогрева частиц сильно зависит от их размера, требуются специальные условия, чтобы расколоть агломераты и воспламенить часпщы. Это объясняет наблюдаемое двухступенчатое воспламенение смесей А1+нитрат аммония и сильное различие между воспламенением позади отраженных и падающих ударных волн. Действительно, небольшое количество индивидуальных (не слипшихся), частиц размера меньшего чем средний, загораются вначале с очень короткими задержками воспламенения, что в свою очередь вызывает первую очень слабую стадию воспламенения. В большей части материала, которая будет зажжена, агломераты должны быть разрушены потоком, иначе они будут долго прогреваться до температуры воспламенения. В падающих ударных волнах поток газа, обтекающий часпщы,

разрушающихся агломератов сохраняется гораздо дольше, чем позади отраженных ударных волн, что объясняет разность в задержках воспламенения в этих двух случаях.

Имеется другой фактор, влияющий на процесс воспламенения, а именно, начальная температура частиц окислителя. Если она превышает значение, необходимое, для начала интенсивной газификации окислителя, агломераты будут разрываться газом, кроме того, окисляющиеся газы начнут процесс теплопередачи на поверхности, где присутствуют частицы металла. Это объясняет то, почему прогретая смесь так сильно ускоряет процесс тепловыделения.

Ускорение ударных волн в горящей инжектированной смеси, и начало взрывоподоб-ных процессов следует из связи между тепловыделением и ударной волной (или волной сжатия), распространяющейся в смеси, где градиенты температуры и концентрации таковы, что времена воспламенения и горения уменьшается в направлении распространения волны. Так как более высокая скорость горения в каждом предшествующем элементе потока повышает давление и вызывает волну сжатия, которая входит в последующие элемент смеси и усиливает реакцию в них. Это означает, что волна сжатия становится самоподдерживающейся и может, в конечном счете, развиться в настоящую детонационную волну.

Таким образом, предложена новая взрывчатая система с более высокой работой выхода чем обычные КВВ в важном диапазоне взрывных волн (от 2 до 20 атм.) и не требующая детонатора для инициирования процесса.

Традиционно твердые смеси топлива с окислителем используются как ракетные пороховые топлива, так как они показывают высокие удельные энергии, но весьма слабую детонационную способность. Однако некоторые несчастные случаи [24] с пылевыми взрывчатыми материалами показали очевидность того, что в воздушных распылах энергичных материалов может при некоторых условиях возникнуть сильная взрывная ~ волна, а также, несомненно эти распылы действительно способны к поддерживать взрывоподобных процессов, и это справедливо не только для обычным конденсированным взрывчатым веществам, но и для распыленных смесей типа твердое топливо + окислитель. К сожалению, до сих пор нет никакого прямое экспериментального доказательства возможной детонации в плотных распылах (полная плотность порядка нескольких кг на кубический метр) вькокоэнергичных материалов, или по крайней мере об этом не было данных в литературе. Прессованные или насыпные системы топливо + окислитель обычно рассматриваются как неидеальные взрывчатые вещества, которые, зажигаемые, в большинстве случаев или горят в режиме быстрой дефлаграции или низкоскоростной детонации, производя взрывные волны средней длительности. Очень часто эти режимы горения сопровождаются разбросом существенной части

материала в окружающий воздух. Конечно, возникает вопрос, вовлечен ли этот распыленный материал в генерацию взрывных волн или медленно горит впоследствии, только слегка увеличивая давление газа.

Вообще говоря, плотные взвеси, если они действительно способны к взрыву, заполнят промежуток между обычными конденсированными взрывчатыми веществами и имеющими малую плотность топливо - воздушными системами и с помощью них возможно будет получить взрывные волны взрыва более низкой амплитуды чем КВВ, но намного более длинной продолжительности, и более высокой амплитуды чем в случае использования TBC. Взвеси будут использовать химическую энергию более рационально, чем КВВ, потому что они не теряют её в области воздействия, а также потому что они нагревают окружающий воздух до очень высоких температур. Кроме того, эти типы взрывчатых систем не являются точечными источниками, и генерируют взрывные волны без "тени". То есть при использовании этих типов взрывчатых систем, возможные повреждения будут распределены по большим площадям, чем при использовании обычных ВВ. Также следует принимать во внимание, что энергосодержание в этих смесях обычно заметно выше, чем в КВВ. В отличие от другого экстремума -TBC - взвеси способны произвести взрывные волны намного более сильные, при том что останутся все основные выгоды TBC. Как будет показано, они лишены наиболее существенного недостатка TBC - трудность получения сильных взрывов, в которых химическая энергия эффективно передана в энергию взрывной волны. Таким образом показано, что пылевзвеси энергоемких материалов в воздухе могут реагировать достаточно быстро, чтобы выпустить запасенную энергию в пределах времен, достаточно коротких, чтобы поддержать высокоамплитудные ударные волны.

Глава 8. Электрические и эмиссионные характеристики взрывов гетерогенных систем типа металл + твердый окислитель + воздух.

Численное моделирование потока сформированного инжектированием горящей пороховой взвеси в детонирующую газовую смесь продемонстрировало, что комбинация УТВС (усиленная тошшвовоздушная смесь) взрыва и газовой детонации - эффективная методика для создания быстро меняющихся плазменных потоков, которые можно использовать в новом типе импульсных МГД генераторов. Эксперимента показывают, что УТВС взрывы способны создавать весьма мощные электромагнитные импульсы. Здесь проанализированы электрические явления, сопровождающие взрывы двухфазных смесей типа металл + твердый окислитель + воздух. Термодинамическая оценка параметров детонации в этих смесях показывает, что достигнутые температуры выше, чем в волнах детонации, распространяющихся как по газовым смесям, так и по обычным конденсированным бризантным взрывчатым веществам. Степень иониза-

ции в продуктах детонации двухфазных смесей может составлять почта 1%, что намного выше (10й) степени ионизации в продуктах детонации газовых кислородных смесей. Измерения удельной электропроводности в детонирующих гетерогенных смесях, как в трубах, так и в облаках, взрывающихся в свободном объёме, подтверждают термодинамические вычисления (оцененная удельная электропроводность продуктов детонации в трубах была приблизительно 102 См/м, а в облаке в целом - порядка нескольких См/м). Продолжительность импульсов с высокой удельной электропроводностью составляет порядка 10 мс, что является намного большей величиной, чем во взрывах газовых и конденсированных взрывчатых веществ. Поток низкочастотного электромагнитного излучения продуктам! детонации оценен термодинамическими вычислениями и обнаружен экспериментально. Обсуждена возможность практического применения гетерогенных смесей малой плотности как плазменных источников. Термодинамические вычисления показали, что продукты детонации УТВС излучают главным образом в ИК диапазоне с максимальной интенсивностью 1.0Е7-1.0Е8 Лм/м2, а это означает, что приблизительно 3-30 % от полной химической энергии выделяется в форме излучения.

Электрические свойства взрывов различных энергетически эффективных материалов привлекают внимание исследователей из-за двух основных практически важных проблем: (I) создание взрывного МГД генератора для получения мощных ЭМ импульсов и (П) генерации высокопроводящих крупномасштабных облаков для создания ложных целей и для защиты некоторых объектов от радаров. Первая проблема уже решена [25] использованием, главным образом, или конденсированных бризантных взрывчатых веществ, или твердых компонентов топлива, вторая проблема может быть решена только при условии использования или TBC, или сжиганием двухфазных смесей. МГД генераторы импульсного типа [26], использующие горение порохового топлива или энергию конденсированных ВВ, хорошо развиты и интенсивно применяются в геофизических исследованиях структуры земной коры [27], а также планируются для использования в военных целях с целью получения наведенной сейсмичности. Однако имеются некоторые недостатки, которые представляют трудности в проектировании, производстве и использовании генераторов традиционного типа. Первое - использование взрывчатых веществ налагает очень серьезные прочностные требования на взрывные камеры. Второе - плазма, необходимая для получения ЭМ импульса, получена в не реагирующем газе, и длина зоны ионизации ограничена неустойчивостью контактной поверхности (что заметно сокращает продолжительность импульса), а также быстрым затуханием ударных волн полученных взрывом конденсированного ВВ [28]. Использование продуктов детонации с легко ионизирующимися добавками так же не оптимально, так как среда, производящая плазму, имеет низкую удельную элекгро-

проводность. Устройства, основанные на сгорании компонентов топлива, довольно объемистые и не позволяют осуществить генерацию импульсов с высокой частотой. Полная плотность плазмы в них относительно низка. Импульсные МГД преобразователи химической энергии в электрическую были целью интенсивных исследований, начиная с пятидесятых годов [29]. Однако, только недавно действительно эффективные практические устройства были созданы и проверены в геофизических и физических экспериментах. В первую очередь заслуживают упоминаши наиболее популярные и эффективные импульсные МГД генераторы, которые используют различные горючие и взрывчатые системы. Они интенашно применялись во многих практических устройствах. Оценивая области применения этих генераторов, можно определить типичные характеристики плазмы, произведенной в этих генераторах [25-27]: (I) плотность электронов порядка 1014 -Ю21 1/см3; (П) плазма течет со скоростью до 10 км/с; (Ш) удельная проводимость до 105 См/м; (IV) продолжительности импульса в пределах от Ю-4 до нескольких секунд; (V) ток до нескольких МА. Эти генераторы используются или как независимые энергетические источники, потому что они компактны, дешевы, просты по конструкшш, или в комбинации с управляемыми взрывом магнитными генераторами, основанными, по существу, на фокусировке металлических струй и концентрации магнитного поля (эти последние устройства - вне области охвата данной работы). Главное неудобство генераторов, в которых используются для получения плазмы сильные ударные волны - очень короткая длина зоны проводимости газа, чтобы растянуть в ней добавки щелочного металла, которые введет в конденсированное ВВ, генерирующее ударную волну. Добавки увеличивают степень ио-низацш в зоне, где продукты детонашш смешаны с горячим газом. Импульсные генераторы тока требуют длинной зоны с высокой удельной электропроводностью плазмы, высокую скорость её потока, потому что сила тока пропорциональна концентрации зарядов и скорости частиц. Поэтому альтернативные системы должны иметь достаточно высокие упомянутые параметры, чтобы конкурировать с известными устройствами. Цель этой работы состоит в том, чтобы исследовать возможность использования гетерогенных смесей типа металл + твердый окислитель + газ как источников быстро двигающейся плазмы высокой плотности. Эти смеси могут детонировать при некоторых условиях и генерировать быстро движущуюся плазму. Первый шаг в этом направлении состоит в оценке равновесных концентраций заряженных частиц в продуктах детонации смесей газ + металл + твердый окислитель. Как замечено, взвеси смесей А1 с различными окислителями в воздухе могут обеспечивать степени ионизации 1.4%, которые является достаточно высокими. Оцененные максимальные концентрации электронов в продуктах детонации располагаются между 1015 и 1018 см'3 и находятся в середине интервала, свойственного управляемым взрывом генераторам

плазмы. Анализ результатов вычислений показал, что наиболее эффективные системы, имеющие самую высокую концентрацию заряженных частиц, основываются на смесях, где перхлорат калия или азотнокислый калий используются как окислители, а алюминий - как топливо. Замена воздуха гремучей смесью значительно увеличивает степень ионизации в продуктах детонации низкоэнергетичных смесей вроде углеродо-содержащих. Таким образом, вычисления позволяют выбрать оптимальный состав компонентов. Замена воздуха гремучей смесью также важна и по другой причине. Как упомянуто выше, скорость потока плазмы - один из основных параметров, управляющий работой импульсного МГД генератора. Ясно, что инжектирование горящей распыленной смеси в детонирующий газ должно увеличил» скорость плазмы, потому что плазма будет двигаться в горячих продуктах детонации газовой смеси, текущих в том же направлении. Устройство генератора в этом случае будет очень простым, а именно, гремучая смесь может подаваться в обе части генератора, в инжектор твердой смеси и в канал, в который эта смесь будет впрыснута. Инициирование газовой смеси в инжекторе не будет требовать никакого сильного инициатора и никакого дополнительного зажигающего заряда, и может быть осуществлено слабой искрой. Это, конечно, упростило бы действие устройства. Это подтверждено экспериментами с поднятием твердых смесей со дна трубы газовой детонацией, в которой скорость волны была приблизительно равной 2500 м/с. Чтобы проверить результаты вычислений, эксперименты проводились в детонационной трубе с инжектором, показанным на рис. 12. Инжектор был загружен 180 г стехиометрической смеси NH4NO3+AI, которая способна создать концентрацию взвеси в трубе приблизительно 4 кг/м3. Один из датчиков давления, установленных в том сечении трубы, где ожидался наиболее шггенсивный взрывоподобный процесс, был заменен двухэлектродным ионизационным зондом. Электроды (6мм в диаметре) были протянуты между противоположными окнами в трубе, интервал между электродными наконечниками составлял 8 мм. Датчик давления был установлен в том же самом сечении. Самое низкое зарегистрированное сопротивление составило 130 Ом. Опыты с почти стехиометрической смесью (КС104 + А1) показали, что сопротивление было ниже 10 Ом, скорость детонации близка к 2000 м/с. Удельная электропроводность, оценённая из этих измерений, составила приблизительно 100 См/м. Оцененная удельная электропроводность количественно не согласуется с расчетными равновесными концентрациями заряженных частиц и с измеренной удельной электропроводностью продуктов детонации тоаливо-кислородной смеси (различие между зарегистрированными сигналами тока во взрывах твердого порошка и газовых кислородных смесей не превышают 104 вместо 108, что следует из вычислений). Можно предположить, что это несоответствие должно быть приписано тому, что процесс должным образом не был оптимизирован, т.е. не было реальной детонации, а

значит горящая взвесь имела, очевидно, слишком низкую температуру продуктов, чтобы достигнуть расчетного значения. Очевидно, надлежит создать более гомогенное распределение смеси и вторичное инициирование заметно увеличило бы удельную электропроводность к значениям, превышающим 103 См/м. Относительно второго применения устройств, генерирующих плазменные ионизированные облака, можно отметить, что исследования в этой области довольно скудны, и что любая новая система будет рассматриваться как полезный вклад в них. Предложенные системы, как ожидается, являются наиболее подходящими для создания этих облаков, потому что ионизация в продуктах двухфазной детонации (или взрыве) сохраняется намного более длительное время, чем в продуктах газовой детонации. Другой важный фактор состоит в том, что продукты достаточно тяжелы и частично компенсируют подъемную силу облака. Эксперименты проводились с инжектором, подобным используемому в детонационной трубе. Горящий материал при иткектировашш в поз дух формирует почти полусферическое облако, так как инжектор был установлен на полу взрывной камеры. Чтобы увеличить степень ионизации, в качестве окислителя использовался перхлорат калия. Экспериментальная установка показана на рис. 13. Чтобы сделать запись проводимости облака, использовался двухэлектродный зонд с электродами, сделанными из двух стальных проводов, натянутых сквозь область появления плазменного облака. Оценки продолжительности ионизационного импульса показывают, что полный сигнал длится приблизительно 60 мс, и самый высокий уровень сохраняется 3-5 мс. Это означает, что при оптимальных условиях, когда в качестве окислителя используется перхлорат калия, можно получить очень долгоживущее облако с почти металлической проводимостью, которое может оставаться достаточно долго в области энерговыделения. Как замечено, значение ионизационного тока соответствует средней удельной электропроводности облака порядка нескольких См/м. Третьей целью этой части работы являлось изучение способности взрывчатых облаков испускать сигналы радиочастоты, которые могут использоваться при обнаружении таких взрывов. Природа этого излучения имеет, очевидно, типовое происхождение, однако два других фактора не могут быть исключены. Первый из них - формирование диполя во фронте волны взрыва, соответствующего более быстрой диффузии электронов, так как фронт волны нестабилен, и, кроме того, мы не можем исключить неустойчивость фронта, а движение диполя может вызывать электромагнитное излучение. Второй фактор - движение плазмы в слабом геомагнитном поле, которое должно привести к разделению зарядов. Анализ вклада всех вышеназванных факторов призывает к более детальным исследованиям, и экспериментальным и теоретическим. Как первый шаг в исследовании проявления этого излучения в радиодиапазоне мы попытались делать запись испускаемого сигнала и грубо сравнивать его с сигналам! от ра-

диосганций. Излучение было обнаружено при помощи антенны в форме прута, установленной вне облака, и усилителя. Интенсивность сигнала, хотя весьма обнаруживаемая, является довольно низкой, и имеет порядок сигнала, испускаемого радиостанциями и зарегистрированного в том же самом месте. Замечено, что интенсивность электромагнитного длинноволнового излучения от взрыва облака очень ншка по сравнению с полной излучаемой энергией. Это подтверждено измерениями, которые, однако, в отличие от вычислений, показывают преимущественный частотный интервал электромагнитного излучения приблизительно в районе 100-200 кГц. Наиболее вероятно, что эта преимущественная полоса частот - результат колебания потока в реагирующей среде (подобно процессу в неустойчивой газовой детонации). Таким образом, как из экспериментальных результатов, так и из термодинамических вычислений можно сделать вывод, что взрывчатые вещества, основанные на смесях типа металл+твердьш окислитель+воздух, являются новыми и весьма многообещающими плазменными источникам!, которые в многих отношениях превосходят обычные бризантные взрывчатые вещества, а именно, их продукты детонации имеют большую степень ионизации, требования к механической прочности конструкций - намного ниже, продолжительность импульса намного длиннее. Согласно предварительным оценкам, смеси УТВС очень многообещающи как источники энергии для импульсных МГД генераторов, использующихся для создания электромагшггных импульсов высокой интенсивности. Ожидаются следующие преимущества: очень высокая степень ионизации и довольно быстрый плазменный поток. Сделано предположение, что эти два фактора могли бы быть усилены при условии использования совместно как газовых, так и УТВС взрывов, то есть путем впрыска горящей смеси твердых компонентов в продукты детонации газовой смеси. Созданная установка включает три основных части: инжектор, разгонную секцию трубы с тестовой диэлектрической вставкой, и приемник. Инжектор - камера высокого давления 35 мм в диаметре и длиной 250 мм загруженная смесью. Максимальное количество смеси, которое может бьгть загружено в инжектор - 50 г. Этого количества достаточно для создания в тестовой секции концентрации твердой фазы приблизительно в Юкг/м3. Топливо будет инициировано сжиганием гремучей смеси при давлении в 5 атм. Инжектор герметизирован мембраной. Горящая смесь инжекгаруется в разгонную секцию ударной трубы длиной 1.2 м и 70 мм в диаметре, заполненную гремучей смесью при атмосферном давлении. Ожидалось, что двухфазные продукты детонации топливной смеси будут подогреты продуктами детонации газовой смеси и ускорены, потому что они распространятся в том же самом направлении, что и волна в газовой смеси. Скорости волны и плазмы вдоль трубы были измерены при помощи ионизационных датчиков и датчиков давления. Тестовая секция представляет собой толстостенный полистироловый цилиндр 140мм в

диаметре и внутренним диаметром 70мм при длине в 300мм. Она имеет шесть катушек на ее внешней поверхности для измерения индуцированного. Установка также использовалась для изучения излучения и его спектрального состава в инфракрасном, видимом и радиодиапазоне (до 2.4 ГГц) в волнах детонации, распространяющихся в предварительно перемешанной гетерогенной смеси, ускоренной до скоростей превышающих 2000 м/с. Была зарегистрирована ЭДС в катушке (140 мм в диаметре, включающей 20 витков на диэлектрической тестовой секции), вызванная перемещающимся диполем плазмы (сформированным из-за разделения зарядов во фронте волны, вызванном высокой скоростью диффузии электронов). Слабое излучение в инфракрасном диапазоне было зарегистрировано при помощи фотодиода, а удельная электропроводность и скорость фронта ионизации плазмы были измерены двухэлектродыми зондами. В экспериментах с перхлоратом аммония зафиксированы самые высокие скорости волны в коше трубы (до 4000 м/с). В дальнейшем перхлорат аммония был заменен перхлоратом калия, чтобы добавить к смеси металл с низким потенциалом ионизации. Анализ гармоник сигнала от катушки показывает преобладание частот 2528 кГц, что согласуется с предыдущими измерениям! индуцированного сигнала в экспериментах с инжектированием смеси в свободный объем. В опытах мы также изменялась доля алюминия в смеси. Скорость волны и давлешге слегка снизились, но удельная электропроводность продуктов увеличилась. Этот последний факт не противоречит термодинамическим вычислениям, так как металлический алюминий вносит значительный вклад в удельную электропроводность. Анализ дшшых показал: (1) высокий уровень удельных электропроводностей (до нескольких сотен См/м); (2) высокую скорость плазмы (до 4 км/с); (3) длинный импульс ионизации. Все это позволяет сделать вывод, что системы УТВС могут использоваться как мощные энергетические и плазменные источники для импульсных МГД генераторов. Зарегистрированная повышенная интенсивность ИК излучения означает, что значительная часть взрывчатой энергии направлена на излучение.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

I. На основе физических процессов, протекающих в гетерогенных реагирующих средах, получены полуэмпирические соотношения для оценки величины задержек воспламенения в топливовоздушных смесях как с твердыми, так и с жидкими частицами, а также предложены глобальные соотношения для скорости энерговыделения в аэрозолях.

П. Определены скорости выделения тепла во взвесях в условиях, близких к тем, которые существуют за детонационными волнами, а также кинетические данные в падающих и отраженных ударных волнах для различных смесей в области характер-

ных времен, не превышающих 1 мс. Предпринята попытка объяснения механизма горения гетерогенной взвеси на основе анализа экспериментальных данных.

Ш. Рентгенографическим методом определено распределение плотности за фронтом детонационной волны и оценены времена индукции и горения частиц. Количественно определена скорость поступления твёрдой фазы в газовую при условии взаимодействия ударной волны со слоем дисперсного материала

IV. Решена задача по получению устойчивой детонации и детонационноподобных режимов сгорания гетерогенной смеси в трубах и в свободном объёме, а также исследованы свойства таких смесей. Продемонстрировано, что смеси типа металл + твердый окислитель+воздух могут использоваться как эффективные энергетические источники для генерации взрывных волн с амплитудами волны, легко варьирующимися в пределах широкого диапазона. Показано, что пылевзвеси энергоемких материалов в воздухе могут реагировать достаточно быстро, чтобы выпустить запасенную энергию в пределах времен, достаточно коротких, чтобы поддержать высокоамплитудные ударные волны.

V. Оценена и подтверждена возможность создания импульсного МГД генератора, работающего на основе смесей типа металл + твердый окислитель + воздух. Экспериментально определены основные электрические и эмиссионные характеристики плазмы полученной, в результате детонации гетерогенных смесей. Предложен новый способ ускорения плазмы в канале. Зарегистрировано излучение в радиодиапазоне взрыва облака смеси металл + твердый окислитель + воздух в свободном объёме.

Цитируемая литература.

[1] Strauss W.A. Investigation of the detonation Aluminium Powder-Oxigen Mix-

tures//AIAA Journal.-1968.-V.6,N.9.-P. 1753-1756.

[2] B.A. Бабук, В.П. Белов, Г.Г. Шелухин. О полноту сгорания металлического горю-

чего в составе смесевых конденсированных систем// Физика горения и взрыва. -1978. - Т. 14, № 3. - Стр. 145 - 147.

[3] Ю.Б. Харитон, С.Б. Ратнер. Исследование гетерогенных смесей // Журнал физиче-

ской хгоши. - 1946. - Т. 20.

[4] А.Я. Апин, А.Ф. Беляев, Г.С. Соснова, Предварительные данные о теплоте взрыва

смесей с алюминием // Физика взрыва. - 1955. - № 3. Стр. 106 - 108.

[5] Tulis A. J.,Selman J.R. Detonation Tube Studies of Aluminium Particles Dispersed in Air

// In:Int.Svmp.on Comb., 19th, 1982. - Comb. Inst., Pitsburg. - P.655 - 668.

[6] П.Ф. Похил, B.C. Логачев, B.M. Мальцев. Изучение слияния частиц металла при

горении металлизированных баллиститных составов и смесей горючее - окислитель// Физика горения и взрыва. - 1970. - Т. 6, № 1. - Стр. 80 - 93.

[7] А.И. Григорьев, И.Д. Григорьева. К воспламенению металлических частиц// Фши-

ка горения и взрыва. - 1978. - Т. 12, № 2. - Стр. 208 - 211.

[8] JI.A. Клячко. Горение неподвижной частицы легковоспламеняющегося металла //

Физика горения и взрыва. - 1969. - Т. 5, № 3. - Стр. 404 - 413.

[9] М.А. Гуревич, К.И. Лапкина, Е.С. Озеров. Предельные условия воспламенения

частицы алюминия // Физика горения и взрыва. - 1970. - 'Г. 6, № 2. - Стр. 172 -176.

[10] Ю.М. Григорьев, В.Т. Гонтковская, Б.И. Хайкин, А.Г. Мержанов. К теории испарения и воспламенения капли взрывчатого вещества // Физика горения и взрыва. - 1969. - Т. 2, № 1. - Стр. 68 - 75.

[11] Tulis A.J.,Selman J.R. Detonation Tube Studies of Aluminium Particles Dispersed in Air // In:Int.Symp.on Comb.,19th, 1982. - Comb. Inst., Pitsburg. - P.655 - 668.

[12] Eidelman S. and Sichel M., Combust. Sei. Technol.,1981, vol. 26, Nos. 3-4, p.215.

[13] Veyssiere B. Onthe Detonations in Gaseous Mixtures Containing Aluminium Particles in Suspensions// In: Int.Coll.on Explosibility of Industrial Dusts,Int, 1984.-Politechnika Warszawska, Poland.-P. 160-166.

[14] Борисов A.A., Хасаинов B.A., Вейсьер Б., СанеевЕ.Л., Фомин И.Б. и Хомик C.B., Хим. физ., 1991, том 10, № 2, стр. 250 - 272.

[15] А. А Борисов, П.В. Комиссаров, А.В. Куликов, О.И. Мельничук, Г.И. Скачков, К.Я. Трошин, Б.А. Хасаинов. Кинетика энерговыделения в гетерогенных смесях // Химическая физика. - 1998. - Т. 17. № 3. Стр. 49 - 58.

[16] Борисов А.А., Хасаннов В.А., Вейсьер Б., Санеев E.JI., Фомин И.Б. и Хомик С.В., Хим. физ., 1991, том 10, №2, стр. 250 - 272.

[17] Борисов А.А., Гельфанд Б.Е., Еременко Л.Т. и Цыганов С.А., Докл. Акад. Наук СССР, 1979, том 247, № 5, стр. 1176 - 1179.

[18] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. М.:Гостехиздат,1953.

[19] Wolansky Р.//Progr. in Astron. and Aeron. 1991. V.132. P.3

[20] Бойко В. M., Лотов В. В., Папырин А. Н. // Физика горения и взрыва. 1989. Т.25. №2. С.67-74

[21] Friedman М. Н. // Comb, and Flame. 1966. V.10. P.l 12

[22] Napier D.H., Elaassar M. F. A. // Proc. 8 th Shock Tube Symp. (Int.) (Ed. Stollery, J. L„ Gaydon, A. G. and Owen, P. Рч..), Chapman and Hall, London, 1971, P.48

[23] Nettleton M. A., Stirling R. // Proc. Roy. Soc. 1971. A322. P.207

[24] Взрывные явления. Оценка и последствия. Под редакцией Я.Б.Зельдовича, Б.Е. Гельфанда. Т. 1. М: Мир, 1986.

[25] Pulse MHD-converters of Chemical Energy to Electric Power, A.E.Sheindlin and V.E.Fortov, Eds. (Energoatomizdat, Moscow, 1997).

[26] V.E.Fortov, Dynamic Methods in Plasma Physics. Preprint (Chernogolovka, 1981).

[27] V.B.Mintsev and V.E.Fortov, The Use of Explosion-driven Shock Tubes in Physical Experiments. Preprint (Chernogolovka, 1982).

[28] V.B.Mintsev and V.E.Fortov, Explosion-driven Shock Tubes. Preprint (Chernogolovka, 1982).

[29] E.IAzarkevich, A,N.Didenko, A.G.Zherlitsyn, Yu.V.Karpushin, A.A.Leont'ev, G.V.Mel'nikov, V.B.Mintsevm A.E.Ushnurtsev, V.E.Fortov, V.LTsvetkov, V.B.Shneider, and B.K. Yasel'skii, Generation ofMicrowave Radiation Pulses with the Aid of the Energy of Chemical High Explosives. Preprint (Chernogolovka, 1992).

Рисунки.

Задержка воспламенения, мкс. зо,

■Г

-О я „ ■

»4 _ 10 1

■а

ёГ,

Температура за отраженной УВ, К Рис. 1. Задержки воспламенения за отраженным! ударными волнами, концентрация А1 в воздухе - ЗОг/м3

Длительность первой стадии горения, мхе.

■ ■

Л

300 —

230

2М

НО

■

100 в

■о!

1100

Температура за отраженной УВ. К Рис. 2. Длительность первой стадии горения, концентрация А1 в воздухе -ЗОг/м3

Длительность второй стадии горения, мкс.

1000 .

I

■

800 -I

600 4_ _

; • 1.Ч.

400 Р

:оо 4

I

Температура за отраженной >13, К Рис. 3. Длительность второй стадии горения, концентрация А1 в воздухе -ЗОг/м3

Время горения, мкс. *000 -

4000 -

!

5000

:сюо 4

I

1СЮ0 4

о! ■■■ ■■

900

Температура, К Рис.7.3ависимость времени горения от температуры за падающими (")и

отраженными (•) ударными волнами, концентрация А1 в воздухе -3 ЗОг/м3

■

■

■

Рис 6. Экспериментальная установка для оценки времени индукции и горения смесей рентгенографическим методом

1) АЦП на основе микрокомпьютера..

2) Рентгеновский аппарат "МИРА-2Д".

3) Высоковольтный разрядник.

4) Затравочный разрядник.

5) Катушка Румкорфа.

6) Г 5-54.

7) Секция высокого давления.

8) Электроввод.

9) Датчики давления ЛХ-608.

10) Разгрузочная секция.

11) Радиопрозрачное углепластиковое окно.

12) Здесь насыпан слой вещества.

13) Антенна.

в) Фотопластинка.

а) Защитная АЬ фольга.

б) Усиливающий экран.

Рис. 7. Экспериментальная установка предназначенная для определения скорости поступления твердой фазы в газовую..

Рис. 8. Поле концетраций по площади снимка (4.5*15 см.). Концетрация выражена в кг\мЗ (см. легенду). Ударная волна движется справа налево. Снимок сделан через 194 мкс после начала взаимодействия ударной волны со слоем вещества.

Рис 9. Рентгеновский снимок.

«о

■50

'00

50

1

1 1 7

....л Я V : 'I

1 I гг 1 | ' 1 1

' .......1.....1-. . .1 ! : ■ 1 1 '

50 -

I |

9 10 12 13 14 15 16 18 19 20 21 22 24 25

Т.мс

Рис 10. Профили давления.

Р, атм.

япп 24 СЗНЙ*О; (гпэмометрии Рат 2СЗН6+02 (стехиометрия). Хил 284

Яш 311 ИЖКОЗП 30*>*Л1С30»)стес-тп»«3?т]1 Кип II МН4КОЗ(150*>+А!(30з.) ПИ.*гетт«35тП

81 КН1КОЗ( 1464 пА1(34я.^гетт»« 30т|) Яип 9». КТ№."ОЗГ14130т1.) Яиц 9>1 ЬИ4КОЗП334)+Л|(47»)ТШШ«30Ш1 ) Яип 2:«. М14ШЗ(129*>*ЛК51£)-гатт«ЗОти

Яип 231. ММИ03(122к*Л1(!8е/»г<1Тт«35тН Яип 2312. ь™кОЗ(10О»)*А1[80Ц»га1ш«3;тН 'Рсту.тытгы рвсчсто« для 180 г. ТНТ.

Расстояние от инжектора, м.

Рис 11. Сравнение амплитуд волн полученных при детонации газовых смесей, смесей типа металл+окислитель+воздух с расчетными значениями для 180г ТНТ.

Камера предварительного Детонационная

Рис 12. Экспериментальная установка предназначенная для измерения проводимости в волнах детонации гетерогенных взвесей.

100

......... / Датчик проводимости /

3 50 55 11. ..»и_____ьЬ— .. 50 50 1 50

ЧЖИрВРчЩ т

Е1 а « 1 И 1

100 ^^ Датчики давления ^

Рис 13. Экспериментальная установка для исследования проводимости в реагирующем облаке гетерогенной смеси.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.\.

ГЛАВА 2. ТЕРМОДИНАМИКА ПЛОТНЫХ ВЗВЕСЕЙ.

ГЛАВА 3. КИНЕТИКА ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ СМЕСЕЙ.

ГЛАВА 4. ИЗМЕРЕНИЕ ЗАДЕРЖЕК ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ВРЕМЕН ГОРЕНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ПЕРЕМЕШАННЫХ ДВУХФАЗНЫХ СРЕД.

Бедные топливом смеси А1-воздух.

Стехиометрические А1-воздушные смеси.;.

Смеси М-^Оз-АиАг.'.!.

Воспламенение за падающими ударными волнами.

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ИНДУКЦИИ И ГОРЕНИЯ СМЕСЕЙ

РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ.

ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК «СЛОЕВЫХ СИСТЕМ».

ГЛАВА 7. ДЕТОНАЦИЯ В ТРУБАХ И В ОБЛАКАХ В СВОБОДНОМ ОБЪЁМЕ.

Различные способы инжектирования смеси в каналы.

Методика проведения эксперимента по получению гетерогенной детонации в трубе.

Система распыления №2.

Система распыления №3.

Исследование детонации гетерогенной системы в «слоевой системе».

Опыты с предварительным созданием взвеси в ударной трубе и последующим инициированием взвеси газовым зарядом.

Методика эксперимента с газовым зарядом.

Описание экспериментальной установки.

Результаты и обсуждение.

Опыты сравнения детонации УТВГС с газовой смесью.

Описание экспериментальной установки.

Методика эксперимента.

Инжектирование в свободный объём.

Методика эксперимента с инжектированием смеси в объём без переходного участка в канале.

Результаты.:.

Опыты с инжектором в полусферической геометрии.

Опыты с зарядами с тонкой оболочкой (отказ от инжектирования).

В настоящее время в основном существуют два типа взрывчатых систем. Это конденсированные взрывчатые вещества, которые выделяют химическую энергию в малом объёме и соответственно производят сильные разрушения вблизи от места взрыва, при этом необратимо теряя большое количество выделившейся теплоты. Взрывные волны, рожденные такими зарядами, достаточно быстро затухают. Вторая система это топливо воздушные смеси, которые генерируют более длинные волны, но, к сожалению, довольно низкой амплитуды. Было бы заманчиво использовать системы, в которых комбинировались бы свойства обоих типов энергетических материалов. Такими системами могли бы быть смесевые конденсированные энергетические материалы, содержащие твердый окислитель и топливо, реагирующие на начальной стадии в режиме быстрого сгорания при давлениях не превышающих 1 кбар. В этом случае разлетающееся облако горящей смеси будет обладать плотностью, которая существенно выше чем плотность облака обычных топливо воздушных смесей и начальный объём реагирующего взрывчатого материала будет значительно больше, чем исходный объём конденсированного взрывчатого материала, то есть взрывные волны, рожденные такими облаками, будут иметь амплитуды на уровне от нескольких атмосфер до сотен атмосфер в диапазоне расстояний ог центра взрыва значительно большего, чем при взрыве обычных ВВ. К сожалению, исследований о распространении ударных волн с реакцией за ними или детонационноподобных явлений в таких системах практически нет. А эти исследования очёнь важны, в частности для оценки взрывоопасности пылевых систем, как на транспорте, так и на производстве. В принципе, данные системы могут использоваться также и при моделировании ударных волн образующихся вследствие ядерных взрывов на уровне около давлений 100 атм. Поскольку можно ожидать, что длительность таких волн может существенно превышать даже длительность волн созданных при помощи TBC, такие гетерогенные системы могли бы найти применение в промышленности при штамповке, формовке или плакировании различных изделий, поскольку они обеспечивают высокое давление при «мягком» взрыве.

Настоящая работа была предпринята с целью изучения как режимов волновых процессов, имеющих место в разлетающемся облаке реагирующих конденсированных систем, так и возможности вовлечения кислорода воздуха в генерацию и поддержание взрывных волн, рожденных при таких взрывах. Процессы взрывчатого превращения в гетерогенных системах такого класса включают в себя: а) Конвективное сгорание смеси внутри взрывного устройства происходящие с образованием как конечных продуктов, так и промежуточных газовых и конденсированных продуктов, особенно если в зарядах используются смеси богатые горючим; б) Продолжающиеся реакции конденсированных компонентов в материале, инжектируемого в воздух, а также смешение с воздухом и сгорание. Кроме того, при разлете, в облаке могут рождаться градиенты концентраций и температур, которые способствуют образованию нестационарных ударных волн с реакцией, которые близки по свойствам к детонационным волнам. Процесс формирования таких волн в гетерогенных системах экспериментально не исследовался. С точки зрения энергетики, среди смесевых систем твердый окислитель + твердое горючее наиболее перспективными являются перхлорат аммония и нитрат аммония. В связи с этим, для исследований была выбрана система алюминий + нитрат аммония, энергетика которой выше чем у обычного ВВ. В работе были изучены волновые процессы при инжектировании горящих частиц этой системы в воздух. При этом внимание в исследованиях было сосредоточено на внешней задаче, то есть на образовании взрывных волн в разлетающемся гетерогенном облаке. Кроме того, как показывают термодинамические расчеты, продукты взрыва таких облаков могут быть сильно ионизованы. В связи с этим, в диссертации также была рассмотрена проблема электрических и излучательных свойств таких взрывов.

В главе 2 рассмотрены оценки отклонения от идеального газа в таких облаках, которые могли бы ожидаться при достаточно высоких плотностях, и показано, что эти отклонения до плотностей в 10 кг/м пренебрежимо малы. Наиболее важной характеристикой, определяющей поведение гетерогенной взрывчатой системы, является кинетика выделения тепла. Ответ на вопрос о возможности детонации облаков сильно зависит от того, являются ли времена воспламенения и горения частиц достаточно малыми, чтобы их горение могло поддерживать ударную волну. В главе 4 экспериментально рассмотрены вопросы воспламенения алюминия в воздухе и взвесей алюминий +твёрдый окислитель в условиях близких к тем, в которых должны реализоваться детонационные волны. Продемонстрировано, что эксперименты на ударных трубах с обычным способом впрыска горючего материала могут дать существенно большие времена сгорания, чем следовало бы ожидать на основании данных о временах сгорания индивидуальных частиц, что было объяснено образованием агломератов при впрыске, что также подтверждается непосредственной регистрацией зоны реакции в детонационной волне распространяющейся по «хорошо» приготовленной взвеси твердый окислитель + алюминий в воздухе1. Поскольку приготовление взвесей в гетерогенных системах является самостоятельной проблемой, а также то, что в реальных условиях твёрдые конденсированные материалы присутствуют в каналах в виде слоев, были также экспериментально определены характеристики подъёма порошкового материала за ударной волной высокой амплитуды, данные о которых отсутствуют в литературе. Эти результаты представлены в главе 6.

1 В дальнейшем, для сокращения, в некоторых местах такие смеси будут называться сокращенно: УТВГС, или усиленные топливо воздушные гетерогенные смеси.

Основной материал диссертационной работы, в котором изложены характеристики взрывных волн, рождаемых в гетерогенных системах, представлен в главе 7. Анализируются вопросы распространения ударных волн с реакциями за ними в трубах, как в случае инициирования волны в холодной взвеси, так и в случае подъёма материала газовой детонационной волной. Продемонстрирована возможность образования детонационных волн с амплитудами до 200 атм. Также рассмотрена возможность использования для образования взвеси и инициирования детонации при помощи инжектора расположенного на одном конце канала. При этом использованы две схемы: с внешним инициированием детонации, и без инициатора. Продемонстрирована возможность образования детонационных процессов без вторичного инициатора. Показана возможность образования мощных взрывных волн при взрывах облаков взвесей в открытом пространстве. Электрические и эмиссионные характеристики взрывов облаков изложены в главе 8.

Основные результаты и выводы.

Оценками продемонстрировано, что характеристики продуктов взрыва гетерогенных систем алюминий + твердый окислитель + воздух с плотностями до 10 кг/м3, могут быть с достаточной точностью описаны уравнениями для идеального газа.

Экспериментально показано, что задержки воспламенения, а также времена сгорания в ударных трубах взвесей алюминия марки ПАП-2 в воздухе для сте-хиометрических смесей составляют от 60 до 2500 мкс. (для задержек воспламенения), и от 100 до 5000 мкс (для времен сгорания), и являются слишком длительными, для того чтобы ожидать от этих систем высокую детонационную способность. Тройные смеси имеют приблизительно такие же времена сгорания. Опыт, проведенный для проверки возможности быстрого реагирования гетерогенной смеси за ударными волнами, соответствующих по амплитуде детонационным волнам во взвесях, при генерировании взвеси путем подъёма пыли из слоя ударной волной, показал значительное, приблизительно на порядок меньшее, время сгорания, на основании чего высказано предположение о сильном влиянии способа образования взвеси (имеется в виду распад агломератов в генерирующей взвесь волне) на характеристики воспламенения и горения гетерогенных систем.

Экспериментальное изучение подъёма пыли за сильными ударными волнами со скоростями 1500 м/с, при начальном давлении 1 атм. показало, что характерные времена подъёма пылевого слоя при таких высоких параметрах волны короче времен подъёма полученных в экспериментах другими авторами со слабыми УВ. Показано, что скорость подъёма пыли с образования в виде цилиндрического валика не выше чем с плоского слоя. Оценена скорость подъёма пыли которая составила 0,2 гр/мкс.

Получены детонационноподобные режимы сгорания в трубах, при образовании взвеси при помощи газовой детонационной волны, с амплитудой до 200 атм. при начальном давлении в 1 атм. Аналогичное инициирование детонации при распределенном инжектировании холодной смеси «алюминий + нитрат аммония» привело к детонационноподобным волнам с существенно меньшей скоростью и давлением, то есть повышение температуры газа, окружающего взвесь, и меньшее количество агломератов, приводит к существенному повышению детонационной способности взвеси.

• Показано, что инжектирование взвеси, частично сгоревшей в условиях с плотностью порядка 800 кг/м3 в инжекторе, приводит к образованию нестационарных взрывных волн с реакцией амплитудой до 200 атм., при средней плотности инжектированного материала, рассчитанной на всю трубу с учетом кислорода воздуха внутри трубы, в 4 кг/м3. Следовательно, благодаря благоприятным градиентам концентрации и температуры, процесс в инжектированной смеси близок к переходу горения в детонацию или во взрыв.

• Показано, что аналогичный процесс образования взрывных волн с реакцией, имеющих высокую амплитуду и длительность, имеет место при инжектировании частично сгоревшей смеси в неограниченное пространство. Измерены тро-тиловые эквиваленты таких взрывов для зарядов массой до 200 гр, которые составляют 4-9 для давлений в диапазоне 2-20 атм, и более чем 10 в импульсах, что существенно превышает ТНТ-эквиваленты обычных TBC.

• Экспериментально определены значения удельной проводимости в высокоио-низированных продуктах в системах A1+NH4N03 и А1+КС104, при инжектировании реагирующей взвеси в смесь водорода с кислородом. Получена плазма с проводимостью до 104 См/м, со скоростью распространения плазменного образования до 4000 м/с, что существенно превосходит аналогичные характеристики при взрывах обычных взрывчатых веществ, и, таким образом, подобные системы являются перспективными для использования в качестве рабочего тела в импульсных МГД-генераторах.

1. Strauss W.A. Investigation of the detonation Aluminium Powder-Oxigen Mixtures//AIAA Journal.-1968.-V.6,N.9.-P. 1753-1756.

2. B.A. Бабук, В.Г1. Белов, Г Г. Шелухин. О полноту сгорания металлического горючего в составе смесевых конденсированных систем// Физика горения и взрыва. 1978. - Т. 14, № 3. - Стр. 145 - 147.

3. П.Ф. Похил, B.C. Логачев, В.М. Мальцев. Изучение слияния частиц металла при горении металлизированных баллиститных составов и смесей горючее окислитель// Физика горения и взрыва. - 1970. - Т. 6, № 1.- Стр. 80-93.

4. А.И. Григорьев, И.Д. Григорьева. К воспламенению металлических частиц// Физика горения и взрыва. 1978. - Т. 12, № 2. - Стр. 208 -211.

5. H.H. Бахман, А.Ф. Беляев, Ю.А. Кондрашков. Влияние добавок металлов на скорость горения модельных смесевых систем // Физика горения и взрыва. 1970. - Т. 6, № 1. - Стр. 93 - 98.

6. А.Н. Шашков, H.H. Бахман, Ю.А. Кондрашков. Влияние добавок алюминия на скорость горения смесевых систем с различной температурой горения // Физика горения и взрыва. 1970. - Т. 6, № 1. - Стр. 103 — 106.

7. JI.A. Клячко. Горение неподвижной частицы легковоспламеняющегосяметалла // Физика горения и взрыва. 1969. - Т. 5, № 3. - Стр. 404 -413.

8. М.А. Гуревич, К.И. Лапкина, Е.С. Озеров. Предельные условия воспламенения частицы алюминия // Физика горения и взрыва. 1970. - Т. 6, №2.-Стр. 172- 176.

9. Ю.М. Григорьев, В.Т. Гонтковская, Б.И. Хайкин, А.Г. Мержанов. К теории испарения и воспламенения капли взрывчатого вещества // Физика горения и взрыва. 1969. - Т. 2, № 1. - Стр. 68 - 75.

10. В.М. Кудрявцев, A.B. Сухов, A.B. Воронецкий, А.П. Шпара. Горение газовзвесей металлических порошков (трехзонная модель) // Физика горения и взрыва. 1981. - Т. 17, № 6. - Стр. 49-55.

11. А.А. Раздобреев, А.И. Скорик, Ю.В. Фролов. К вопросу о механизме воспламенения и горения частиц алюминия // Физика горения и взрыва. 1976. - Т. 12, № 2. - Стр. 203 - 208.

12. Tulis A.J.,Selman J.R. Detonation Tube Studies of Aluminium Particles Dispersed in Air // ln:Int.Symp.on Comb., 19th, 1982. Comb. Inst., Pits-burg. - P.655 - 668.

13. Eidelman S. and Sichel M., Combust. Sci. Technol.,1981, vol. 26, Nos. 3 -4, p.2J5.

14. Veyssiere B. Ontlie Detonations in Gaseous Mixtures Containing Aluminium Particles in Suspensions// In: Int.Coll.on Explosibility of Industrial Dusts,Int, 1984.-Politechnika Warszawska, Poland.-P.160-166.

15. Борисов A.A., Хасаинов B.A., Вейсьер Б., СанеевЕ.Л., Фомин И.Б. и Хомик С.В., Хим. физ., 1991, том 10, № 2, стр. 250 272.

16. Ю.Б. Харитон, СБ. Рагнер. Исследование гетерогенных смесей // Журнал физической химии. 1946. - Т. 20.

17. А.Я. Апин, А.Ф. Беляев, Г.С. Соснова, Предварительные данные о теплоте взрыва смесей с алюминием // Физика взрыва. 1955. - № 3. Стр. 106- 108.

18. А.Ф. Беляев, Р.Х. Курбангалина. Предварительные данные о работоспособности смесей гексогена с алюминием // Физика взрыва. 1955. -№3. Стр. 108-112.

19. А.А. Борисов, П.В. Комиссаров, А.В. Куликов, О.И. Мельничук, Г.И. Скачков, К.Я. Трошин, Б.А. Хасаинов. Кинетика энерговыделения в гетерогенных смесях // Химическая физика. 1998. - Т. 17. № 3. Стр. 49-58.

20. Когарко С.М., Борисов А.А., Изв. Акад. Наук, СССР, ОХН 1960, стр. 1348.

21. Eidelman S. and Sichel М., Combust. Sci. Technol., 1981, vol. 26, Nos. 3-4, p.215.

22. Wolansky P., Progress in Astronautics and Aeronautics, Washington D.C., A1AA, 1991, vol.132, p. 3.

23. Бойко В.М., Лотов В.В. и Папырин А.Н., Физ. горения и взрыва, 1989, том 25, № 2, стр. 67-74.

24. Борисов А.А., Гельфанд Б.Е., Еременко Л.Т. и Цыганов С.А., Докл. Акад. Наук СССР, 1979, том 247, № 5, стр. 1176 1179.

25. Cohen A. and Decker I., Proceedings of 12th International Symposium on Shock Tubes.Jerusalem, Israel. 1979, p. 514.

26. Cohen A. and Decker I., 16th JANAF Meeting on Combution, Monterey, Calif, 1979, vol! 1, p. 541.

27. Kauffinan C.W., Wolansky P., Ural E., and Nicholls J.A., Paper presented at the 19th International Symposium on Combustion, Haifa, Israel, 1982.

28. Бойко B.M., Лотов B.B., Юый Симпозиум по горению и взрыву. Детонация (Тезисы докладов), Черноголовка, 1992, стр. 93-94

29. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. М. :Гостехиздат, 1953.

30. Ranger А.А., Nicholls J.A. , AIAA J., 1969, vol. 7. No. 2., p. 285.

31. Wolansky P. // Progr. in Astron. and Aeron. 1991. V.132. P.3

32. Бойко В. M., Лотов В. В., Папырин А. Н. // Физика горения и взрыва. 1989. Т.25. №2. С.67-74

33. Friedman М. Н. // Comb, and Flame. 1966. V. 10. P. 112

34. Napier D.H., Elaassar M. F. A. // Proc. 8 th Shock Tube Symp. (Int.) (Ed. Stollery, J. L., Gaydon, A. G. and Owen, P. R.), Chapman and Hall, London, 1971, P.48

35. Nettleton M. A., Stirling R. // Proc. Roy. Soc. 1971. A322. P.207

36. Gerrard J.H. An experimental investigation of the initial studies of the dispersion of dust by shock wawes//Brit. J. Apll.Phys. -1963.-V.14,N.2.-P.186-192.

37. Козенко В.П. Образование, воспламенение и горение аэровзвесей за отраженными ударными волнами//Дисс.канд.ф.-м.наук.-М.ИХФ АН СССР,1969.-121с.

38. Борисов А.А.,Любимов А.В.,Когарко С М.Скольжение детонационных и ударных волн по поверхности жидкости//ФГВ.-1967.-N1.-стр.31-38.

39. Борисов А.А.,Любимов А.В.,Когарко С.М.,Козенко В.П.//0 неустойчивости поверхности сыпучей среды при скольжении по ней ударных и детонационных волнах//ФГВ.-1967.-N1.-С. 149-159.

40. Взрывные явления. Оценка и последствия. Под редакцией Я.Б.Зельдовича, Б.Е. Гельфанда. Т. 1. М: Мир, 1986.

41. Pulse MHD-converters of Chemical Energy to Electric Power, A.E.Sheindlin and V.E.Fortov, Eds. (Energoatomizdat, Moscow, 1997).

42. V.E.Fortov, Dynamic Methods in Plasma Physics. Preprint (Chernogolovka, 1981).

43. V.B.Mintsev and V.E.Fortov, The Use of Explosion-driven Shock Tubes in Physical Experiments. Preprint (Chernogolovka, 1982).

44. V.B.Mintsev and V.E.Fortov, Explosion-driven Shock Tubes. Preprint (Chernogolovka, 1982).

45. Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

46. Борисов А.А., Комиссаров П.В., Маилков А.Е., Пчельников А.В., Тро-шин К.Я., Кнорре В.Г. 1998. Кинетика воспламенения и горения воздушных взвесей порошкообразных топлив и окислителей. ИХФ РАН. Доклад на конференции. Апрель 14-23, стр.34.

47. Борисов А.А., Комиссаров П.В., Трошин К.Я., Куликов А.В., Мельни-чук О.И, Скачков Г.И., Хасаинов Б.А. Кинетика энерговыделения в гетерогенных смесях. Химическая физика, Москва, 1998, том 17, №3, стр. 49-58.

48. Борисов А.А., Кнорре В.Г., Комиссаров П.В., Маилков А.Е., Пчельников А.В., Трошинт К.Я. Измерение задержек воспламенения и времен горения предварительно перемешанных двухфазных сред. Химическая физика, Москва, 2000, том 19, №4, стр. 58-63.

49. Borisov А.А., Komissarov P.V., Sumskoy S.I. Experimental and numerical modelling of shock wave interaction with a dust layer. 17th International Collocviiun on Dynamics of Explosion and Reactive Systems. July 25 30, 1999, Heidelberg, Germany

50. Borisov A.A., Komissarov P.V., Mel'nichuk О.I., Mailkov A.E., Zubalov A.V. 1999. Electric properties of explosions of heterogeneous (fuel-oxidizer) mixtures suspended in air. Novel Materials Workshop. March 2225, Cavendish laboratory, Cambridge.