Моделирование течений при взрывах многофазных сред тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Введение.

Глава 1. Математическая модель.

1.1 Уравнения сохранения и граничные условия.

1.2 Уравнение состояния идеального газа.

1.3 Табличное уравнение состояния.

1.4 Межфазный обмен импульсом и энергией.

1.5 Химические реакции.

Глава 2. Численный метод.

2.1 Построение разностной сетки, начальные и граничные условия.

2.2 Описание численного метода интегрирования уравнений газовой динамики.

2.3 Численный метод решения системы ОДУ.

2.4 Краткое описание программного комплекса "Turbojet".

Глава 3. Численные расчеты газодинамических течений в инертных и реагирующих гетерогенных средах.

3.1 Численное моделирование стационарной струи газа, нагруженной инертными частицами.

3.2 Сравнение параметров стационарных детонационных волн во взвесях частиц алюминия, нитрата аммония, перхлората аммония, а также их смесей в воздухе с данными равновесного термодинамического расчета детонации Чепмена-Жуге.

3.3 Определение минимальной энергии инициирования детонации алюминий - воздушной смеси в плоской геометрии.

Глава 4. Характеристики волн давления, образующихся в результате взрыва гетерогенных зарядов.

4.1 Характеристики волн давления, образующихся при взрыве сферических зарядов из взвеси частиц алюминия и нитрата аммония в воздухе.

4.2 Влияние распределения в пространстве энергетического вещества и скорости энерговыделения на параметры воздушных ударных волн.

4.3 Исследование взрывного превращения алюминия и нитрата аммония при впрыске их частиц в трубу с последующим выходом гетерогенной смеси в открытое пространство.

4.4 Оптимизация взрывного действия гетерогенного заряда.

Глава 5. Скоростные, ионизационные и температурные характеристики гетерогенных реагирующих течений.

5.1 Ионизационные и спектральные свойства облака продуктов взрыва взвеси частиц алюминия в воздухе.

5.2 Впрыск гетерогенной смеси, состоящей из частиц мелкодисперсного алюминия и нитрата аммония, в химически активные среды.

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

Кроме того, в последнее время для различных отраслей техники разрабатываются энергетические установки, использующие в качестве рабочего тела газовзвеси порошкообразных частиц горючего и окислителя. Наиболее перспективно применений порошкообразных смесей в импульсных МГД-генераторах [9]. В этом случае появляются большие возможности по варьированию состава смеси с целью обеспечения наилучшего соотношения электрофизических свойств продуктов, стоимости топлива и ресурсов энергоустановки. Для повышения эффективности такого рода установок необходимо исследовать влияние на характеристики рабочего процесса как факторов обусловленных гетерогеностью среды (дисперсность частиц горючего и окислителя, агломерация и дробление частиц, энергообмен между фазами и т.д.), так и способов организации процесса энергопреобразования.

Таким образом, разработка моделей и расчетных методов, а также само исследование реагирующих гетерогенных потоков представляет интерес как в плане безопасности - для оценки возможных последствий случайных взрывов, так и в плане управления взрывными процессами в технологиях, использующих работу взрыва, и преобразованием химической энергии в промышленных установках.

При оценке последствий взрывов для окружающей среды следует учитывать, что разрушающее воздействие вне облака и внутри облака продуктов взрыва различно: внутри облака воздействие не только механическое, как вне облака, но и температурное [10]. Механическое разрушение под влиянием взрывной волны определяется импульсом фазы сжатия УВ и ее амплитудой [10]. Поскольку в литературе имеется большое количество информации о разрушающем действии взрывов мощных бризантных взрывчатых веществ (ВВ) (например, [11]), то и действие других источников УВ принято также выражать эквивалентным количеством ВВ [10]. Для этого широко используется понятие тротилового эквивалента [12], под которым подразумевается отношение энергии заряда тротила и энергии взрыва, обеспечивающих получение одних и тех же параметров воздушной УВ. Данный эквивалент по существу является энергетическим эквивалентом. Для оценки эквивалентного количества заряда тротила по известному давлению и расстоянию удобнее пользоваться массовым тротиловым эквивалентом, определяемым как отношение масс заряда тротила и сравниваемого заряда, в функции избыточного давления в УВ. Сравнение действия взрыва разных типов ВВ, как правило, проводят в кривых энергетического подобия [13, 14], при этом поля давления и импульса представляются как функции приведенного радиуса, который определяется как отношение расстояния к корню кубическому из энергии или к радиусу заряда. Сравнение эффективности разных типов взрывов в заданном диапазоне давлений (импульсов) удобно осуществлять по зависимостям тротиловых эквивалентов от амплитуды (импульса) УВ.

В настоящее время наиболее полно изучены параметры поля взрыва от детонации сферических объемов газовых зарядов инициируемых в центре [10, 15, 16] или на границе облака [17]. Анализ большого количества экспериментальных данных позволяет говорить о том, что в пределах разброса однотипных измерений все рассмотренные смеси (кислородные и воздушные) для объемов от нескольких литров до десятков кубических метров при взрыве дают близкие результаты по величине перепада давления [10]. Относительный тротиловый эквивалент газового взрыва по давлению1 Ке является функцией амплитуды УВ и возрастает с уменьшением амплитуды волны и ростом расстояния (от 0,5 до 0,9 при изменении относительной амплитуды УВ Ар/р0 от 10 до 0,1). Тротиловый эквивалент газового взрыва по импульсу К1(е) также непостоянен, но имеет иную зависимость, чем тротиловый эквивалент по давлению. Для приведенного расстояния меньшего единицы величина К1(е) > 1.

При выходе волны из взорвавшегося объема величина К1(е) быстро убывает до практически постоянного значения равного -0,55.

Режим взрывного превращения и место инициирования наравне с энергетическими характеристиками определяют параметры поля давления. Ассиметричное инициирование детонации в сферических объемах не приводит к существенному изменению амплитуды УВ, регистрируемых на одинаковых расстояниях от центра облака [17]. При дефлаграционном горении место инициирования играет более заметную роль. Так, для облака сферической формы максимальное давление в волне в 4 раза меньше, если оно поджигается с краю, по сравнению со случаем сферически-симметричного горения [18].

Определение относительных тротиловых эквивалентов см. в главе 4.

Численное исследование [19] характеристик воздушных УВ, образующихся при детонации цилиндрических газовых облаков, показало, что параметры формирующейся воздушной УВ существенно зависят от формы газового облака. Относительный тротиловый эквивалент по массе Кт на границе низкого облака (отношение высоты цилиндра к радиусу Н/Я < 1) значительно превосходит значение Кт для компактного заряда (Н/Я = 1), однако, по мере уменьшения давления в воздушной УВ значение Кт падает и становится меньше эквивалента компактного заряда (для Н/Я =0,1 на границе облака Кт ~ 45, на большом расстоянии Кт ~ 2, для Н/Я = 1 асимптотическое значение Кт ~ 5 и изменяется по мере удаления от границы облака незначительно). Для высоких цилиндрических зарядов (Н/Я > 1) вблизи заряда наблюдаются минимальные значение Кт, которые заметно меньше величины Кт для компактного заряда, при уменьшении амплитуды УВ величина Кт растет и достигает при Ар ~ 0,2 р0 своего асимптотического значения, равного эквиваленту компактного заряда. Максимальное значение Кт, достигаемое на границе облака, возрастает обратно пропорционально отношению Н/Я. Эквивалент по импульсу избыточного давления в волне К1(т) при удалении от центра взрыва возрастает, достигая максимума вблизи периферии заряда, затем по мере распространения воздушной УВ уменьшается, стремясь к асимптотическому значению, которое тем меньше, чем меньше отношение Н/Я. Абсолютно максимальное значение К](т) — 190 достигается при детонации заряда с отношением Н/Я = 0,25. В тоже время, для компактного заряда асимптотическое значение К1(т) ~ 7,4.

В работе [20] численно исследовано влияние точки инициирования детонации в облаке топливо-воздушной смеси в форме тора, расположенного над жесткой поверхностью. Показано, что в зависимости от положения точки инициирования и высоты облака над поверхностью различие в величинах избыточного давления может составить от 3 - 7 раз на границе облака, и до 1,2

- 1,4 раз при удалении на расстояние ~3 радиусов от облака. Изменения импульсов, в целом, качественно повторяют изменения, характерные для избыточного давления. Таким образом, при неопределенности положения точки инициирования детонации для случайного взрыва прогноз воздействия таких взрывов на окружающие объекты на основе оценок энергетики зарядов становиться неточным. Это приводит к мысли, что основным инструментом прогноза последствий случайных взрывов в ближней зоне их действия должен стать вычислительный эксперимент. гч и и

В плане дальнейших исследовании представляется интересным провести аналогичные исследования и для гетерогенных газовзвесей частиц твердых горючего и окислителя, с целью сравнить эффективность разрушающего действия взрыва мощного бризантного ВВ, газовой топливно-воздушной смеси и гетерогенной двухкомпонентной взвеси частиц горючего и окислителя. Именно исследованию взрывных превращений в гетерогенных двухкомпонентных смесях частиц горючего и окислителя посвящена основная часть настоящей работы. В качестве горючего был выбран алюминий, а в качестве окислителя использовались нитрат аммония (аммиачная селитра) или перхлорат аммония (ПХА). Эти вещества выбраны исходя из следующих факторов.

Аммиачная селитра является слабым малочувствительным ВВ с положительным кислородным балансом, применяемым в основном как окислитель в смесевых ВВ [21]. Смесевые ВВ на основе аммиачной селитры являются наиболее распространенными промышленными ВВ в силу доступности селитры, ее низкой стоимости и относительной взрывобезопасности получения смесей на ее основе. Перхлорат аммония, также как аммиачная селитра, часто используется в качестве окислителя в смесевых составах и ракетных топливах. Однако в отличие от нитрата аммония при разложении ПХА образуются ядовитые соединения хлора.

Что касается алюминия, то благодаря высоким теплотворным свойствам он широко используется в качестве высокоэнергетической добавки в ракетных и плазмообразующих топливах [22], бризантных и промышленных ВВ [23]. Влияние металла на характеристики зарядов существенно зависит от физико-химических свойств зарядов и их плотности. Введение алюминия в состав мощных бризантных ВВ, таких как гексоген или октоген, приводит к увеличению теплоты взрывчатого разложения и фугасного действия ВВ [23, 24, 25], а также к увеличению метательной способности ВВ [25]. Заметный положительный вклад в энергетические характеристики взрыва при введении в состав ВВ алюминия проявляется при подводных взрывах [26]. Несмотря на увеличение теплоты взрывчатого разложения, скорость детонации конденсированных ВВ при введении в них А1 снижается, причем эффект оказывается тем сильнее, чем больше содержание металла и меньше размер частиц [23, 26]. В работе [27] были проанализированы наблюдающиеся аномальные свойства алюминизированных ВВ и получен критерий позволяющий определить при каких условиях добавление А1 приводит к снижению скорости и давления детонации вне зависимости от того, что А1 окисляется в зоне реакции детонационной волны до точки Чепмена-Жуге, или остается инертным. Как правило, добавление А1 в состав ВВ с высокими значениями начальной плотности и теплоты разложения приводит к снижению скорости и давления детонации, а при добавлении А1 в состав ВВ с низкими значениями начальной плотности или теплоты разложения, наоборот, приводит к увеличению скорости и давления детонации. Например, введение алюминия в состав неидеальных ВВ с положительным кислородным балансом (ВВ окислители, например, такие как нитрат и перхлорат аммония, AND и др.) приводит к повышению скоростей детонации [23, 26], работоспособности [28] и ударно-волновой чувствительности ВВ, т.е. имеет место сенсибилизация этих малочувствительных ВВ добавками металла [23].

Кроме исследований детонационных свойств алюминизированных ВВ в научной литературе широко представлены работы по горению и детонации газовзвесей частиц алюминия. В работе [29] экспериментально измерялась видимая скорость сферического пламени распространяющегося в больших объемах (более 10 м) аэровзвеси частиц алюминия (со средним размером 4, 9, 11 мкм) и алюминиевой пудры (с размером частиц меньше 10 мкм и с размером частиц 10-30 мкм). Отмечено увеличение видимой скорости пламени с увеличением химической активности частиц (уменьшении размера) и увеличении концентрации горючего. Дополнительное увеличение скорости пламени в 1,5-2 раза может быть достигнуто за счет микрокапсулирования частиц алюминия фторсодержащими покрытиями [30]. Уменьшение времени задержки воспламенения алюминиевых частиц кроме механического или химического воздействия на защитный слой оксидной оболочки может быть достигнуто и другим путем. Например, интенсифицировать процесс воспламенения частиц можно за счет теплового воздействия на газовую среду, в которой находятся частицы. Этого можно добиться, используя смеси, состоящие из порошка металла и капель легковоспламеняемых жидкостей, задержки воспламенения которых можно изменять введением нитратов в качестве промотирующих добавок [31].

Исследование ускорения пламени в алюминий-воздушной смеси в достаточно длинных трубах (12 м) при слабом источнике зажигания показало, что заметное ускорение пламени наблюдается только для достаточно мелких частиц алюминия (диаметром менее 6 мкм) при концентрациях выше 350 г/м3, при этих условиях переход в детонацию осуществлялся на расстоянии ~ 10 м 70 диаметров трубы) [32].

Детонационная способность взвеси частиц алюминия в кислороде и в воздухе исследована экспериментально в работах [33-35] и численно в работах [36-39]. Комплексное экспериментально-теоретическое исследование инициирования и распространения детонации в аэровзвесях алюминия проведено в работе [40], где также экспериментально определены и минимальные энергии инициирования детонации. Как отмечается в этой работе, детонационная способность аэровзвеси частиц алюминия микронного размера близка к таковой для пропано-воздушной смеси и быстро уменьшается с увеличением размера частиц. На примере численных расчетов в работе [40] также показано, что взвеси порошка алюминия размером около 1 мкм и в воздухе, и в кислороде обладают примерно равной детонационной способностью, частицы размером 5 мкм в воздухе детонируют гораздо хуже, чем в кислороде, а детонационная способность взвеси 13 мкм частиц алюминия даже в кислороде является весьма низкой, что и было установлено экспериментально.

Экспериментальных данных по прямому инициированию сферической детонации очень немного. Исследование инициирования сферической детонации в алюминий-воздушных смесях и в сенсибилизированных (активированных) смесях твердого топлива с воздухом было предпринято Тулисом [41, 42], который показал, что сенсибилизированные (активированные) смеси твердого топлива с воздухом обладают большей чувствительностью к детонации, чем алюминий-воздушные смеси. Из-за низкой детонационной способности частиц алюминия не удалось инициировать сферическую детонацию во взвеси частиц алюминия диаметром 3,5 мкм в кислороде [43]. В опытах было зафиксировано воспламенение частиц алюминия за инициирующей УВ и образование вторичной волны сжатия. Такая волновая структура сохранялась до границ облака. Объем взвеси, создаваемой в лабораторных условиях, был порядка 0,4 м , и даже при сильном инициировании (150 г тротила) скорость ударной волны была значительно ниже скорости детонации Чепмена-Жуге. Предпринятое в этой же работе численное исследование показало, что для получения стационарной сферической детонации требуется создание облаков диаметром более 2 м.

Как можно было заметить, параллельно экспериментальным методам исследования развивались теоретические модели и методы расчета процессов горения частиц алюминия. Из моделей горения частиц алюминия можно отметить парофазную модель Глассмана [44], согласно которой скорость горения определяется взаимным диффузионным переносом паров алюминия и окисляющих газов в тонкую высокотемпературную зону реакции, а продукт реакции в виде конденсированного окисла либо диффундирует в объем, либо накапливается на поверхности частицы. Дальнейшее развитие модель Глассмана получила в работах [45-46], в которых модель горения модифицирована таким образом, что учитывается возможность протекания реакции окисления субпродуктов испарения капли во всем объеме газовой фазы, а также принимаются во внимание процессы зародышеобразования конденсированной фазы в объеме и накопление окисла на частице. В плане дальнейшего развития моделей горения одиночных частиц и их обобщений на случай газовзвесей интересна работа [47], в которой предложена трехзонная модель воспламенения и горения газовзвеси частиц алюминия. В этой работе в рамках единой модели описан макропроцесс воспламенения и горения газовзвеси, как сумма микропроцессов воспламенения и горения отдельных частиц металла.

В [48, 49] на примере анализа стационарных уравнений двухфазного течения проведено численное исследование наблюдающейся ранее экспериментально [49-51] двухфронтовой детонации распространяющейся по детонационноспособной газовой смеси с частицами алюминия. Результаты численного исследования находятся в хорошем соответствии с экспериментальными данными и позволяют количественно предсказать концентрационные пределы распространения двухфронтовой детонации: нижний концентрационный предел, обусловленный трансформацией второй УВ в волну сжатия, и верхний концентрационный предел, выше которого скорость фронта второй У В становиться больше скорости фронта передней УВ. В случае отсутствия потерь импульса и энергии в стенки трубы режим стационарной двухфронтовой детонации никогда не реализуется [48].

Возможность существования за плоской лидирующей самоподдерживающейся волной детонации, распространяющейся по газовой фазе, в примыкающей к ней волне разрежения, ударных и детонационных волн, движущихся с той же скоростью, также продемонстрирована в работе [52]. В основе математической модели в [52] принята модель горения одиночной частицы алюминия, предложенная в [45, 46], учитывающая диффузионный характер горения, кинетику накопления окисла на частице и в потоке, за счет образования зародышей конденсированной фазы и их роста.

В той же работе [52] кроме существования двухфронтовой детонации, показана возможность осуществления более сложных структур, когда друг за другом с одинаковыми скоростями могут распространяться три и более детонационных волн, например, если взвесь частиц алюминия состоит из очень мелких и крупных частиц. Ранее было показано, что в смеси с алюминиевыми частицами к волне Чепмена-Жуге может примыкать как дозвуковая волна сжатия, так и сверхзвуковая волна разрежения [53]. Наличие сверхзвуковой зоны за детонационной волной обеспечивает возможность существования таких стационарных структур, когда за детонационной волной на некотором расстоянии следует скачок уплотнения с той же скоростью.

Экспериментальные данные по горению одиночных частиц алюминия в химически активной атмосфере представлены в работах [54, 55, 56]. Из которых следует, что на характеристики воспламенения и горения частиц алюминия в значительной степени может влиять состав атмосферы. В работе [57] экспериментально исследовано воспламенение и горение 5-10 мкм частиц алюминия за отраженными УВ в атмосфере аргона с добавками различных количеств кислорода, водяных паров и углекислого газа. Установлено, что время воспламенения и горения значительно изменяется для частиц одинакового размера в зависимости от атмосферы, в которой происходит горение. Минимальное время горения частиц получено в смеси С02/02/Аг состава 20/40/40, несколько большее в смеси 0/60/40 и в 2 - 5 раз большее в смеси Н20/Аг состава 60/40. В атмосфере содержащей водяные пары время задержки так же было в 3 - 6 раз большим. Рассчитанные времена горения частиц по ранее предложенным аналитическим зависимостям [54, 58] показали сильное расхождение с экспериментальными данными для атмосферы, содержащей углекислый газ. В связи с этим авторами работы была предложена новая эмпирическая зависимость времени горения частиц от состава атмосферы и размера частиц, позволяющая с большей точностью определять время горения частиц в атмосфере содержащей как кислород и пары воды, так и углекислый газ.

Экспериментальное исследование воспламенения и горения взвесей частиц алюминия за падающими и за отраженными УВ в воздухе [59] показало, что время воспламенения и горения частиц сильно зависит от параметров потока вокруг частиц: за падающими УВ характерные временя воспламенения и горения в несколько раз меньше, чем за отраженными УВ. Температура воспламенения частиц алюминия за падающими УВ также была несколько ниже, чем за отраженными (~900- 1000 К и ~ 1100- 1300 К). Время горения частиц в условиях эксперимента (при давлениях более 0,1 МПа) оказалось мало чувствительно к давлению и температуре. Таким образом, характерные времена реакций оказываются очень чувствительными к способам инициирования частиц (падающие или отраженные УВ) и могут меняться в широких пределах. Необходимость учета скоростной неравновесности между газом и частицами показана и на примере численных расчетов [60, 61], в которых также отмечено, что горение частиц алюминия проходит в условиях температурной, скоростной и химической неравновесности в потоке, и небольшое различие в скоростях частиц и газа приводит к заметному уменьшению времени горения частиц.

В отличие от исследований горения частиц алюминия в газообразном окислителе, экспериментальных данных по горению взвесей частиц алюминия в смеси с частицами твердого окислителя очень немного. В работе [59] проведены опыты по воспламенению взвеси частиц алюминия и нитрата аммония (средний размер 40 мкм) в аргоне, которые показали, что процесс горения частиц алюминия определяется скоростью поступления окислителя к частице. Однако этот процесс в значительной степени зависит от способа, которым создается исходная гетерогенная смесь. Так в опытах по воспламенению взвеси частиц, создаваемой впрыском струи газа, нагруженной частицами, воспламенение начиналось практически сразу за отраженной УВ, но интенсивная реакция начиналась только при температуре 1500 К. Частицы сгорали за время ~ 200 - 300 мкс, что на порядок больше времени сгорания в детонационной волне, которое составляет -30-40 мкс. В последнем случае взвесь получали, пропуская над слоем частиц УВ малой интенсивности. Значительное отличие времени сгорания, позволяет предположить, что развитие реакции за отраженными УВ происходит по следующему сценарию. Сначала реагируют мелкие частицы алюминия, прилипшие к более крупным частицам нитрата аммония, затем процесс горения частиц алюминия контролируется поставкой окислителя за счет разложения нитрата аммония. Таким образом, процесс горения частиц алюминия в атмосфере, создаваемой при разложении конденсированного окислителя оказывается существенно более сложным и неоднородным, чем в среде газообразного окислителя.

Как видим, присутствие горючего и окислителя в виде частиц конденсированного вещества сильно усложняет теоретическое исследование распространения волн горения и детонации в таких смесях, поскольку необходимо учитывать сложные процессы взаимодействия частиц, гетерогенный характер химических реакций и т.д. К тому же по сравнению с газовыми взрывами возможные сценарии гетерогенных взрывов более разнообразны. При воспламенении конденсированных дисперсных смесей слабым источником энергии горение может сопровождаться значительным разбрасыванием материала без существенного повышения давления [62]. В некоторых случаях горение может происходить по-другому, а именно, при инициировании изначально компактного частично ограниченного заряда при горении и разлете гетерогенной смеси могут возникать высокие давления и детонационноподобные процессы [63]. Конкретный вариант развития процесса будет определяться множеством факторов: реакционной способностью и размером частиц, начальной плотностью смеси, способом инициирования, наличием и конфигурацией оболочки и т.д.

В работе [64] характеристики воспламенения и горения двухкомпонентной газовзвеси порошкообразных алюминия и перхлората аммония исследованы экспериментально в условиях модельной установки, позволяющей осуществлять пневматическую подачу псевдоожиженных ПХА и А1, их распыление и воспламенение. Экспериментально подтверждена возможность организации устойчивого самоподдерживающегося режима горения порошкообразных А1 и ПХА. Установлено, что увеличение давления в камере сгорания и уменьшение дисперсности горючего приводит к увеличению полноты сгорания газовзвеси, и как следствие, эффективности процесса преобразования химической энергии в тепловую.

Таким образом, к настоящему времени можно считать достаточно хорошо изученными, как теоретически, так и экспериментально, процессы горения и детонации частиц топлива в газовой среде, в том числе механизм горения отдельных частиц. Однако на данный момент практически отсутствуют исследования процессов горения и детонации во взвесях частиц горючего и окислителя, способного разлагаться в волне горения, в том числе взрывов этих взвесей для широкого интервала начальных плотностей. Хотя в начале введения отмечалась важность и необходимость исследования таких взрывных процессов.

Смесевые заряды на основе конденсированных горючего и окислителя могут найти широкое применение в тех случаях, когда необходимо создавать взрывные волны с заданными характеристиками. Чтобы получить взрывную волну с требуемыми характеристиками необходимо знать, как на них влияют физические и химические свойства заряда, способы инициирования, геометрия зарядов и т.д. В настоящее время можно считать установленным тот факт, что параметры ударных волн зависят не только от количества выделившейся при взрыве энергии, но и от пространственно-временных характеристик энерговыделения, поэтому этот фактор также необходимо учитывать при формировании взрывных волн заданной конфигурации. В связи с этим представляется интересным провести исследование влияния на параметры УВ пространственного распределения вещества заряда и времени энерговыделения для зарядов, представляющих собой взвесь частиц горючего и окислителя в воздухе.

Целью настоящей работы являлось создание математической модели и методики численного расчета для моделирования нестационарных реагирующих гетерогенных потоков, а также исследование следующих проблем:

1) определение характеристик ударных и детонационных волн, образующихся в результате взрыва гетерогенных зарядов типа "твердое топливо - твердый окислитель";

2) изучение влияния геометрии и формы оболочки гетерогенного заряда на характеристики взрывных волн, определение наиболее опасного сценария взрыва гетерогенного заряда;

3) выяснение с помощью численного моделирования роли процессов слипания и дробления частиц при взрыве гетерогенных зарядов;

4) исследование ионизационных и спектральных свойств продуктов взрыва гетерогенных зарядов на основе взвесей мелкодисперсных частиц окислителя и горючего, на примере смеси из частиц алюминия и нитрата аммония;

5) исследование путем численного моделирования возможности создания высокоскоростных ионизированных течений в результате впрыска гетерогенной смеси, состоящей из металлических частиц и частиц окислителя, в химически активные среды.

В соответствии с перечисленными целями и задачами исследования на защиту выносятся следующие положения:

1. Физико-математическая модель, описывающая течения гетерогенной реагирующей низкоплотной среды, и численный метод ее решения, включающий методику расчета состояния среды по термодинамическим таблицам с поэлементным составом, а также газодинамический программный код, разработанный на их основе.

2. Результаты исследования влияния на характеристики ударных и детонационных волн, образующихся в результате взрывов газовзвесей частиц горючего (А1) и окислителя (ЫНдТЧОз), начальной плотности и состава смеси, рассредоточения вещества в пространстве, режимов энерговыделения, геометрии и формы заряда и оболочки, способов инициирования и сценариев взрыва.

3. Результаты исследования роли процессов слипания/дробления частиц на параметры взрывных волн, образующихся при взрывах смесей частиц горючего (А1) и окислителя (ЫНдЫОз).

4. Результаты исследований ионизационных и спектральных свойств продуктов взрыва газовзвесей частиц горючего и окислителя, а также способов создания высокоскоростных ионизированных течений, путем впрыска гетерогенной смеси, состоящей из частиц горючего (А1) и окислителя (ЫНдИОз), в химически активные среды.

Данная работа проводилась в рамках программы комплексного исследования гетерогенных реагирующих систем (гранты РФФИ №99-0101134, ШТАБ 97-2027 и др.). Материал настоящей работы составляет часть общих исследований, и касается только численного моделирования течений низкоплотных реагирующих гетерогенных сред.

В отличие от физического или натурного эксперимента, численный эксперимент (численное моделирование) позволяет получать полное представление о пространственно-временной картине развития процесса, что, в свою очередь, позволяет лучше осмыслить и понять наблюдаемые экспериментально физические эффекты, выявить основные закономерности явления и даже в некоторых случаях заменить натурный эксперимент машинным, как более дешевым. Особое значение численных экспериментов проявляется в моделировании крупномасштабных взрывов, поскольку позволяет легко осуществлять масштабирование лабораторных взрывов, используя для численного моделирования модель, апробированную на лабораторных экспериментах.

Таким образом, практическая ценность работы заключается в первую очередь в разработке программного комплекса, способного решать задачи моделирования взрывных превращений в гетерогенных средах. Как демонстрация возможностей данной программы в данной работе приводятся результаты расчетов взрывных течений, образующихся при различных сценариях взрывов низкоплотных смесей частиц горючего и окислителя. Результаты этих расчетов имеют собственную научную ценность, т.к. получены в настоящей работе впервые, и могут быть использованы в технике взрывобезопасности и технологиях, использующих работу взрыва. Исследованные свойства газовзвесей частиц горючего и окислителя позволяют предположить, что данные смеси могут найти свое применение при разминировании минных полей, создании ложных целей, крупномасштабных источников и экранов электромагнитного излучения, МГД-преобразователях.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе теоретически (численно) исследованы характеристики и поведение в различных ситуациях гетерогенных систем, на примере смеси частиц алюминия и нитрата аммония. Выполненные многовариантные расчеты и анализ их результатов позволяют сделать следующее заключение.

1. Построена физико-математическая модель, описывающая одно- и двухмерные нестационарные течения гетерогенного реагирующего потока. Для системы А1 + NH4NO3 + воздух предложена глобальная кинетическая схема, описывающая химические превращения в системе с приемлемой точностью. Для описания состояния продуктов предложено использовать табличное уравнение состояния с поэлементным составом, построенное по результатам термодинамических расчетов.

2. На основании предложенной модели построен численный метод расчета двухмерных нестационарных гетерогенных реагирующих течений. Предложенные физико-математическая модель и численный метод ее решения легли в основу разработанного газодинамического кода и компьютерной программы Turbojet.

3. Результатами расчетов верификационных задач подтверждено, что газодинамика гетерогенного потока, кинетика химических реакций и состояние продуктов адекватно описываются физико-математической моделью и численным методом.

4. Численно исследованы параметры полей давления, образующихся в результате взрывов сферических гетерогенных зарядов, состоящих из смеси частиц горючего (А1) и окислителя (NH4NO3), с начальной плотностью о конденсированной фазы во взвеси 0,5 - 100 кг/м . Исследовано влияние на характеристики УВ пространственного рассредоточения заряда и начальной массы заряда (эффект масштабирования). Показано, что при детонации гетерогенных облаков внутри облака и в непосредственной близости от границы облака в воздухе достигаются давления, существенно превосходящие давление УВ от взрывов заряда тротила и газовых топливо-воздушных смесей. В этой области Кт ~ 2, а Ке превосходит 1, на больших расстояниях величина Ке практически совпадает с величиной Ке для газовых зарядов и лежит в диапазоне 0,7 - 1. Увеличение массовой доли алюминия приводит к снижению эффективности гетерогенных зарядов (по Ке).

5. Показано, что при взрыве богатых топливом гетерогенных зарядов существенную роль может играть дополнительное энерговыделение за счет подмешивания кислорода воздуха. При этом возможно получение относительных тротиловых эквивалентов Кт ~ 1,5 - 2 и К1(т) -2-3.

Выполненные расчеты с различными размерами частиц и временами подмешивания воздуха показали, что для получения ударных волн большой амплитуды необходимо, чтобы весь процесс энерговыделения осуществлялся за время не более чем г. = 1 мс.

6. На примере расчета задачи о впрыске гетерогенной смеси алюминия с нитратом аммония в трубу с последующим выходом гетерогенной смеси в открытое пространство с использованием простейшей модели распада агломератов, образовавшихся в результате слипания частиц внутри инжектора, показано существенное влияние слипания/дробления частиц на параметры течения как внутри трубы, так и в открытом пространстве.

7. На примере двухмерных расчетов взрывов гетерогенных зарядов, состоящих из взвеси частиц горючего (алюминий) и окислителя (нитрат аммония), показано, что взрыв зарядов с избытком горючего без принятия специальных мер по интенсификации смешения продуктов с воздухом не приводит к заметному повышению тротиловых эквивалентов из-за медленного смешения продуктов с воздухом. Однако наличие препятствий, ограничивающих разлет первоначально компактного гетерогенного заряда, позволяет ускорить смешение продуктов с воздухом путем генерации крупных вихрей, способствующих перемешиванию гетерогенной смеси с окружающим воздухом за достаточно малые времена (для заряда массой 2,5 кг за время порядка 10-15мс). В этом случае возможно достижение высоких относительных тротиловых эквивалентов: Кт ~ 1,5 - 7 и К1(т) -2-3.

8. Определены пространственные поля концентраций заряженных частиц и степени ионизации продуктов взрыва, образующихся в результате взрывов сферических облаков, состоящих из аэровзвеси мелкодисперсных частиц о алюминия, с концентрацией твердой фазы 100 г/м . Выполнена оценка спектрального распределения и интенсивности излучения. Мощность излучения с поверхности облака продуктов в первые миллисекунды после взрыва составляет 0,9 - 2 МВт/м . Показано, что в видимом, инфракрасном, микро- и радиоволновом диапазонах спектра облако продуктов является непрозрачным.

9. С помощью численного моделирования показана принципиальная возможность получения высоких скоростей плазмы при впрыске струи горячего газа, нагруженного реагирующими мелкодисперсными частицами алюминия и нитрата аммония, в химически активные газовые среды. Установлено, что основное влияние на скорость продуктов оказывает скорость и концентрация частиц на впрыске. Путем их варьирования удалось разогнать газ до скоростей свыше 4 км/с.

Результаты выполненных расчетов и их качественное и количественное согласие с экспериментальными данными позволяют сделать общий вывод о том, что предложенная физико-математическая модель и численный метод способны адекватно описывать гетерогенные реагирующие течения, а разработанный на их основе программный код может быть рекомендован для использования в научных и инженерных расчетах различных задач механики сплошной среды.

1. Семенов Л.И., Теслер Л.А. Взрывобезопасность элеваторов, мукомольных и комбикормовых заводов. -М.: Агропромиздат, 1991.

2. Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение. -М.: Химия, 1991.

3. Wolanski P. Deflagration and detonation combustion of dust mixtures // Dynamics of Deflagrations and Reactive Systems: Heterogeneous Combustion, Progress in Astronautics and Aeronautics. 1990. V.132. P.3 31.

4. Krainov A. Ignition of bicomponent suspension of particles and gas // Proceeding of 16 International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems. University of Mining and Metallurgy, Cracow, Poland, 1997. P.519 522.

5. Газета "Жизнь", №143(4), 24 июля 2002, С. 2.

6. Дегтев Ю.Г., Панченко В.П. Численное исследование свойств продуктов сгорания порошкообразных топлив для импульсных МГД-генераторов // Теплофизика высоких температур. 1993. Т.31. № 2. С.229 234.

7. Борисов A.A., Гельфанд Б.Е., Цыганов С.А. О моделировании волн давления, образующихся при детонации и горении газовых смесей // Физика горения и взрыва. 1985. № 2. С. 90.

8. Baker W.E. Explosions in Air. Univ. of Texas Press, 1973.

9. Взрывные явления. Оценка и последствия / У. Бейкер, П. Кокс, П. Чэстайн и др. M.: Мир, 1986.

10. Садовский М.А. // Физика взрыва. №1. M.: Изд-во АН СССР, 1952.

11. Броуд Г. Расчеты взрывов на ЭВМ. М.: Мир, 1976.

12. КогаркоС.М., Адунжин В.В., ЛяминА.Г. Исследование сферической детонации газовых смесей // Научно-техн. пробл. горения и взрыва. 1965. №2.

13. Brossard J., Bailly P., Desrosier С., Renard J. Overpressure imposed by a blast wave // Progress in Astronautics and Aeronautics. 1988. V.l 14. P.389 400.

14. Desrosier С., Reboux A., Brossard J. Effect of asymmetric ignition on the vapor cloud spatial blast // Progress in Astronautics and Aeronautics. 1990. V.134. P.21 37.

15. Федотов B.H., Быстров С.А., Горев B.A., Тимофеев В.А. Влияние геометрической формы взрывающегося облака и места инициирования горения на параметры взрывной волны // ФГВ. 1986. Т.22. № 5. С. 132 140.

16. Охитин В.Н., Селиванов В.В. Математическое моделирование случайных газовых взрывов // ФГВ. 1995. Т.31. № 6. С.155 165.

17. Кореньков В.В., Обухов A.C. Влияние точки инициирования детонации облака топливовоздушной смеси на параметры поля взрыва. Вычислительные эксперименты // Химическая физика. 2001. Т. 20. № 6. С.34 44.

18. Дубнов A.B., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. М.:Недра, 1988.

19. Асиновский Э.И., Зейгарник В.А., Лебедев Е.Ф. и др. Импульсные МГД-преобразователи химической энергии в электрическую / Под ред. А.Е. Шейндлина и В.Е. Фортова. М.: Энергоатомиздат, 1997.

20. Физика взрыва. Под ред. Л.П. Орленко. Т.1. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.

21. Махов М.Н. Теплота взрывчатого разложения алюминизированных взрывчатых веществ // Химическая физика. 2000. Т. 19. № 9. С.83 87.

22. Архипов В.И., Махов М.Н., Пепекии В.И., Щетинин В.Г. Исследование детонации алюминизированных ВВ // Химическая физика. 1999. Т. 18. № 12. С.53 57.

23. Miller P.J., Bedford C.D., Davis J.J. Effect of metal particle size on the detonation properties of various metallized explosives // 11th International Detonation Symposium. 1998. P.214 220.

24. Ермолаев B.C., Хасаинов Б.А., Воден Ж., Прель А.-Н. Поведение алюминия при детонации вторичных ВВ. Сюрпризы и интерпретации // Химическая физика. 1999. Т. 18. № 6. С.60 69.

25. Афанасенков А.Н., Кукиб Б.Н. О работоспособности смесей нитрата аммония с алюминием при взрыве // Химическая физика. 2001. Т.20. №3. С.89 93.

26. Шевчук В.Г., Безродных А.К., Кондратьев Е.Н., Градецкий И.И., Иванов В.Н. Горение аэровзвесей частиц алюминия в свободном объеме // ФГВ. 1986. Т.22. № 5. С.40 43.

27. Ягодников Д.А., Воронецкий А.В., Мальцев В.М., Селезнев В.А. О возможности увеличения скорости распространения фронта пламени в аэровзвеси алюминия // ФГВ. 1992. Т.28. № 2. С.51 54.

28. Бойко В.М., Поплавский С.В. Воспламенение в воздухе порошков алюминия в смесях с жидкими углеводородными топливами // Физика горения и взрыва. 1999. Т.35. № 1. С.35 40.

29. Strauss W.A. Investigation of the detonation of aluminum powder-oxygen mixture // AIAA J. 1968. V. 6. № 9. P. 1753 1756.

30. Tulis A.J., Selman J.R. Detonation tube studies of aluminum particles dispersedthin air // 19 Symposium (International) on Combustion. Pittsburg: The Combustion Institute. 1982. P.655.

31. Tulis A.J., Fochtman E.G., Heberlein D.C. // The 7th (Intern.) Pyrotechnics Seminar. USA: IIT Research Institute, 1980. V.2. P.859.

32. Федоров A.B., Хмель T.A. Численное моделирование инициирования детонации при вхождении ударной волны в облако частиц алюминия // ФГВ.2002. Т.38. № 1. С. 114-122.

33. Федоров А.В., Хмель Т.А. Численное моделирование ударно-волнового инициирования гетерогенной детонации аэровзвеси частиц алюминия // ФГВ. 1999. Т.35. № 3. С.81 88.

34. Федоров А.В., Хмель Т.А. Определение самоподдерживающихся режимов неидеальной детонации на модели аэровзвеси частиц алюминия // ФГВ. 1998. Т.34. № 5. С.95 102.

35. Федоров А.В., Хмель Т.А. Математическое моделирование детонации алюминиевой пыли в кислороде с учетом скоростной неравновестности частиц // ФГВ. 1997. Т.ЗЗ. № 6. С.80 91.

36. Борисов А.А., Хасаинов Б.А., Вейссьер Б., Санеев Э.Л., Фомин И.Б., Хомик С.В. О детонации взвесей алюминия в воздухе и кислороде // Хим. физика. 1991. Т.10. №2. С.250.

37. Tulis A.J. On the unconfined detonation of aluminium powder-air cloud // Proceedings of 1st International Colloquium on Explosibility of Industrial Dusts. 1984. P.178- 186.

38. Tulis A.J. Initiation and propagation of detonation in unconfined clouds ofiLaluminium powder in air // Proceedings of the 9 International Pyrotechnics Seminar. 1984. P.653-664.

39. Ingignoli W., Veyssiere В., Khasainov B.A. Study of detonation initiation in unconfined aluminium dust clouds // Gaseous and heterogeneous detonations. Science to application / Ed. by G. Roy et al. Moscow: ENAS Publishers, 1999. P.337 - 350.

40. Кожевников B.E. Детонация аммиачной селитры и динамонов с инертными добавками и без них // ФГВ. 1999. Т.35. № 3. С.114-119.

41. Гремячкин В.М., Истратов А.Г., Лейпунский О.И. Модель горения мелких капель металла // ФГВ. 1975. Т.П. №3. С.366 373.

42. Гремячкин В.М., Истратов А.Г., Лейпунский О.И. Влияние обтекающего потока на горение капли металла // ФГВ. 1979. Т. 15. №1. С.32 36.

43. Кудрявцев В.М., Сухов А.В., Воронецкий А.В., Шпара А.П. Горение газовзвесей металлических порошков (трехзонная модель) // ФГВ. 1981. Т. 17. № 6. С.49-55.

44. Khasainov В.А., Veyssiere В. Analysis of the Steady Double-Front Detonation Structure for a Detonable Gas Laden with Aluminum Particles // Archive Combustion's. 1987. V.7. P.334.

45. Veyssiere B. Ignition of aluminium particles in a gaseous detonation // Shock waves, Explosions and Detonations. AIAA Progress in Astronautics and Aeronautics. 1983. V.87. P.362 375.

46. Veyssiere B. On the detonation of gaseous mixtures containing aluminium particles in suspension // Proceedings of the 1st International Colloquium on Explosibility of Industrial Dusts. Politechnika Warszawska, Poland. 1984. P. 160 166.

47. Veyssiere B. Structure of the detonations in gaseous mixtures containing aluminium particles suspensions // Dynamics of Explosions. AIAA Progress in Astronautics and Aeronautics. 1986. V.106. P.522 544.

48. Афанасьева E.A., Левин B.A. Воспламенение и горение частиц алюминия за ударными и детонационными волнами // ФГВ. 1987. Т. 23. № 1. С.8 14.

49. Куликовский В.А. // Изв. АН СССР. МЖГ. 1985. №4.

50. Похил П.Ф., Беляев А.Ф., Фролов О.В., Логачев B.C., Коротков А.И. Горение порошкообразных металлов в активных средах. М.: Наука, 1972.

51. Dreizin E.L. On the mechanism of asymmetric aluminum particle combustion // Combustion and Flame. 1999. V.l 17. P.841 850.

52. Brassard C., Yeh C.L., Ulas A., Kuo K.K. Ignition and combustion of isolated aluminum particles in the post-flame region of a flat-flame burner // Proceeding ofjL

53. International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems. University of Mining and Metallurgy, Cracow, Poland, 1997. P.307 310.

54. Servaites J., Krier H., Melcher J.C., Burton R.L. Ignition and combustion of aluminum particles in shocked H20/02/Ar and C02/02/Ar mixtures // Combustion and Flame. 2001. V.125. P. 1040.

55. Brooks K.P., Beckstead M.W. // J. Prop. Pow. 1995. V.ll. P.769.

56. Борисов A.A., Кнорре В.Г., Комиссаров П.В., Маилков А.Е., Пчельников A.B., Трошин К.Я. Измерение задержек воспламенения и времен горения предварительно перемешанных двухфазных сред // Химическая физика. 2000. Т. 19. № 4. С. 58.

57. Малинин В.И., Коломин Е.И., Антипин И.С. Особенности горения частиц алюминия в потоке активных газов // ФГВ. 1999. Т.35. № 1. С.41 48.

58. Ермолаев Б.С., Фотеенков В.А., Хасаинов Б.А., Сулимов A.A., Малинин С.Е. Критические условия перехода горения во взрыв в зерненых взрывчатых материалах // ФГВ. 1990. Т. 26. № 5. С. 102 110.

59. Беляев А.Ф., БоболевВ.К, Коротков А.И., Сулимов A.A., Чуйко C.B. Переход горения конденсированных систем во взрыв. М.: Наука, 1973.

60. Бобров А.Н., Ягодников Д.А., Попов И.В. Воспламенение и горение двухкомпонентной газовзвеси порошкообразных горючего и окислителя // Физика горения и взрыва. 1992. №5. С.З 7.

61. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. 4.1. М.: Наука, 1987.

62. JANAF Thermochemical Tables. 2nd Edition, U.S. Dept. Of Commerce, National Bureau of Standards, Washington, D.C., 1970.

63. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание. — М.: Наука. 1978.

64. Сплайны в инженерной геометрии / Ю.С. Завьялов, В.А. Леус, В.А. Скороспелов. -М.: Машиностроение, 1985.

65. Ждан С.А. Динамика детонационных и ударных волн в газовзвесях и газах. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Новосибирск, 1995.

66. Ebert Н. Physikalisches Taschenbuch. Friedr. Vieweg&Sohn. Braunschweig, 1957.

67. Митрофанов В.В. Детонационные волны в гетерогенных средах. Новосибирск: НГУ, 1988.

68. Veyssiere В., Arfi P., Khasainov В.А. Detonation of Starch Suspensions in Gaseous O2/N2 and Stoichiometric Н2/Ог Mixtures // Combustion and Flame. 1999. V.117. P. 477.

69. SimoesP.N., Pedroso L.M., Portugal A.A., Campos J.L. Study of the decomposition of phase stabilized ammonium nitrate (PSAN) by simultaneous thermal analysis: determination of kinetics parameters // Thermochimica Acta. 1998. V.319. P.55.

70. NakajimaC., SaitoT., YamayaT., ShimodaM. The effect of chromium compounds on PVA-coated AN and GAP binder pyrolysis, and PVA-coated AN/GAP propellant combustion // Fuel. 1998. V.77. № 4. P.321 326.

71. Al-Harthi A., Williams A. Effect of fuel binder and oxidizer particle diameter on the combustion of ammonium perchlorate based propellants // Fuel. 1998. V.77. №13. P.1451 1468.

72. Borisov A.A., Sumskoy S.I. // Advanced Computation and Analysis of Combustion / Ed. by G.D. Roy, S.M. Frolov, P. Givi. Moscow: ENAS Publishers, 1997. P. 200.

73. Оран Э., Борис Дж. Численное моделирование реагирующих потоков. -М.: Мир, 1990.

74. Колган В.П. Применение принципа минимальных значений производной к построению конечно-разностной схемы для расчета разрывных решений газовой динамики // Ученые записки ЦАГИ. 1972. Т. 3. № 6.*С. 68.

75. Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н., Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976.

76. Borisov A.A., Sumskoi S.I., Barykin A.V., Shamshin I.O. Modeling of Detonation Initiation in Ducts by Multiple Jets // Control of Detonation Processes / Ed. by G.D. Roy, S.M. Frolov, D.W. Netzer, A.A. Borisov. -Moscow: Elex-KM Publishers, 2000.

77. Borisov A. A., Sumskoi S.I. Modeling of High-Speed Turbulent Flow with Energy Release // Advanced Computation and Analysis of Combustion / Ed. by G.D. Roy, S.M. Frolov, P. Givi. Moscow: ENAS Publishers, 1997. P.300 - 309.

78. Borisov A.A., Sumskoi S.I. Modeling of accelerating gaseous flames in ducts // Proceedings of 16th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems (ICDERS), Cracow, Poland, University of Mining and Metalurgy. 1997. P.22 23.

79. Summerfield M. The structure of particle-laden, underexpanded free jets // Shock Waves. 1994. №3. P.299 -311.

80. Комиссаров П.В. Исследование детонации и переходных процессов в смесях типа металлическое горючее + твердый окислитель + воздух. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва, 2000.

81. Пчельников А.В. Макрокинетические характеристики воспламенения гомогенных и гетерогенных топливных систем. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва, 2001.

82. Раздобреев А.А., Скорик А.И., Фролов Ю.В., Ермаков В.А. Агломерация частиц алюминия в условиях нестационарного нагрева // ФГВ. 1981. Т. 17. №6. С.63 67.

83. Арцимович Л.А. Элементарная физика плазмы. М.: Госатомиздат, 1963.

84. Физика космического пространства. Космическая экология. НИИЯФ МГУ. (Электронное издание).

85. Рождественский В.Б., Христофоров Б.Д., Юрьев B.JI. Влияние состава продуктов на радиационные характеристики взрыва ВВ в воздухе // ФГВ. 1989. Т.25. №5. С.145-148.

86. Глотов О.Г. Конденсированные продукты горения алюминизированных топлив. III. Влияние инертной газообразной среды сжигания // Физика горения и взрыва. 2002. Т.38. № 1. С.105 113.

87. Бахир Л.П., Левашенко Г.И., Таманович В.В. Влияние химического состава металлизированных топлив на дисперсный состав, оптические характеристики частиц окислов и излучательную способность пламени // ФГВ. 1980. Т.16. № 5. С.10 16.

88. Борисов A.A., Сумской С.И., Комиссаров П.В., Шамшин И.О., Елынин Р.Н., Силакова М.А., Фролов Ф.С. Электрические и эмиссионные свойства продуктов взрыва низкоплотных гетерогенных взрывчатых смесей // Химическая физика. 2002. Т.21. №11. С.57 68.

89. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том. Книга I. -М.: Наука, 2000.

90. Публикации автора по теме диссертации

91. Борисов A.A., Сумской С.И., Комиссаров П.В., Шамшин И.О., Елынин Р.Н., Силакова М.А., Фролов Ф.С. Электрические и эмиссионные свойства продуктов взрыва низкоплотных гетерогенных взрывчатых смесей // Химическая физика. 2002. Т. 21. № 11. С. 57 68.

92. Борисов A.A., Сумской С.И., Шамшин И.О. Характеристики волн давления, образующихся при взрыве сферических зарядов из взвеси частиц алюминия и нитрата аммония в воздухе // Химическая физика. 2003. Т. 22. № 3. С. 90 -102.

93. Доклады на научных конференциях

94. Борисов А.А., Сумской С.И., Шамшин И.О. Моделирование многофазных реагирующих потоков //Научная сессия МИФИ-99. T.l. М.: МИФИ, 1999. С. 150.

95. Borisov А.А., Sumskoy S.I., Shamshin I.O. Numerical modeling of multiphase reacting flows //17 International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems. July 25-30, 1999. Heidelberg, Germany.

96. Борисов А.А., Сумской С.И., Шамшин И.О. Численное моделирование взрывов зарядов с конденсированным окислителем // 6-я Научная конференция ИХФ им. Н.Н. Семенова РАН. М.: ИХФ, 2000. С. 67.

97. Борисов А.А., Сумской С.И., Шамшин И.О. Численное моделирование многофазных реагирующих течений в воздушных смесях алюминия и аммиачной селитры // XII Симпозиум по горению и взрыву, Черноголовка,2000. 4.2. С. 87.

98. Борисов A.A., Сумской С.И., Шамшин И.О. Параметры волн при взрывах облаков гетерогенных смесей типа "твердый окислитель твердое топливо" // Научная конференция ИХФ им. Семенова РАН, 2001. С.70.

99. Рис.1. Влияние на структуру струи (положение диска Маха) степени загрузки частицами: Контуры плотности для Ор =26мкм; рй =0,3086 МПа; 32,2; 0,0 (а); 0,26 (б); 0,38в); 0,66 (г); 1,08 (д).х/м

100. Рис.2. Скорость частиц вдоль оси струи: £>р=26мкм; /?0 =0,3134 МПа; р0/рх =30,3; 77 = 0,26. Верхняя линия расчет, нижняя - эксперимент 83.

101. Рис.3. Профили давления (а) и числа Маха (б) для моментов времени 0,79; 1,09; 1,3; 1,5; 1,71; 1,91; 2,12; 2,32; 2,52 мс (задача №1).

102. Рис.4. Профили давления (а) и числа Маха (б) для моментов времени 6,36; 11,6; 16,4; 21,3; 26,2; 31,2; 36,1 мс (задача №2).та) б)

103. Рис.5. Профили давления (а) и числа Маха (б) для моментов времени 0,53; 0,79; 1,05; 1,32; 1,49; 1,65; 1,81; 1,97; 2,13; 2,29; 2,45 мс (задача №3).а) б)

104. Рис.6. Профили давления (а) и числа Маха (б) для моментов времени 3,06; 3,86; 4,68; 5,51; 6,36; 7,21; 8,08; 8,95; 10,2 мс (задача №4).а) б)

105. Рис.7. Профили давления (а) и числа Маха (б) для моментов времени 0,53; 0,79; 1,06; 1,33; 1,59; 1,86; 2,23; 2,76; 3,3; 3,84; 4,38; 4,91 мс (задача №5).

106. Рис.8. Профиль объемной доли частиц алюминия для моментов времени 0,79; 1,09; 1,3; 1,5; 1,71; 1,91; 2,12; 2,32; 2,52 мс (задача №1).

107. Рис. 11. Зависимость максимального давления в волне от расстояния для зарядов массой 5 кг: 1 4 - заряд A1/AN = 50/50 плотностью 0,5; 1; 10; 100 кг/м3; 5 - детонация алюминий-воздушной смеси; 6 - тротил; 7 - пропано-воздушная смесь.г, тг, т

108. Рис.12. Зависимость максимального давления в волне от расстояния для зарядов массой 5 кг: 1 4 - заряд А1/А№ = 18/82 плотностью 0,5; 1; 10; 100 кг/м3; 5 - детонация алюминий-воздушной смеси; 6 - тротил; 7 - пропано-воздушная смесь.r, mа)г, mб)