Том 15, № 2 (2022)

Проведен анализ методик кинетической обработки экспериментальных данных, полученных в реакторах адиабатического сжатия (АС) газов свободным поршнем. Среди них — различные варианты, основанные на совместном решении системы уравнений, состоящих из уравнения движения поршня, адиабаты Пуассона, закона сохранения энергии и уравнения состояния; методики, основанные на измерении отклонения от адиабатичности при сжатии концентрированных смесей; приближенная методика, разработанная в ИНХС РАН, а также методика определения кинетических констант при самовоспламенении горючего газа, предложенная Бабкиным и Сеначиным. Показано, что в настоящее время для АС газов свободным поршнем не существует методики определения скорости химической реакции по экспериментальным данным во всем диапазоне степеней превращения исходного вещества и, следовательно, в широком температурном диапазоне. Наиболее перспективный путь для ее создания — совершенствование методики ИНХС РАН.

Микровзрывная фрагментация является ключевым явлением, на котором базируются современные методики вторичного измельчения композиционных топлив в промышленности. Реализация соответствующих процессов позволяет в кратное число раз (от 10–15 до 100–200 раз) уменьшить размер вторичных капель относительно начальных значений размеров родительских капель, формирующихся при распаде струй. В настоящем исследовании приведены результаты изучения коллективных эффектов при формировании вторичных фрагментов микровзрыва капель композиционных топлив. Проанализированы характеристики вторичных фрагментов при микровзрывной фрагментации группы из трех капель композиционных топлив. Использованы две топливные композиции: 90% дизельное топливо, 10% вода и 10% дизельное топливо, 90% вода. С помощью метода теневой съемки (Shadow Photography, SP) определены типичные размеры вторичных фрагментов, образующихся при фрагментации каждой из трех капель в группе. Установлены предельные расстояния (от 8 до 10 радиусов) между каплями, при которых интегральные характеристики фрагментации группы капель удовлетворительно соответствуют аналогичным характеристикам распада одиночных капель. При меньших расстояниях между каплями зарегистрированы существенные отличия характеристик вторичных капель, формирующихся в результате микровзрывной фрагментации композиционных топлив.

Определены оптимальные условия и характеристики распыления огнетушащих составов для снижения температуры в зоне горения типичных лесных горючих материалов (ЛГМ). Варьирование концентрации аэрозоля составов обусловлено в первую очередь тем, что, с одной стороны, капли могут прогреться, что соответствует эндотермическим процессам отвода тепла, а с другой — испариться, что будет характерно фазовому переходу и до очага горения дойдет лишь пар, который может легко уноситься высокотемпературными продуктами сгорания. Проведена серия экспериментальных исследований по установлению условий и характеристик процессов, протекающих при локализации и ликвидации горения типичных твердых горючих материалов (древесины, смеси ЛГМ) в условиях воздействия капель воды разной дисперсности. Определены времена термического разложения твердых горючих материалов после подавления пламенного горения огнетушащими составами на основе воды с добавлением пенообразователя и ФР-Лес 01. Установлен минимальный объем и режим распыления (размеры капель) аэрозолей разных концентраций для эффективного снижения температуры в зоне горения.

Впервые экспериментально продемонстрирована технология импульсно-детонационной пушки (ИДП) для газификации органических отходов ультраперегретым водяным паром (УПП). Проведены эксперименты по автотермической детонационной конверсии природного газа, а также по аллотермической газификации жидких (отработанного машинного масла) и твердых (древесных опилок) отходов продуктами детонации смеси природный газ – кислород при частоте детонационных импульсов $f=1$ Гц, обеспечивающей осредненную по времени среднемассовую температуру продуктов детонации в проточном реакторе на уровне 1200 К при среднем абсолютном давлении в реакторе на уровне 0,1 МПа. Показано, что технология ИДП может обеспечить полную (100%) конверсию природного газа в синтез-газ, содержащий H₂ и СO с соотношением ${\text{H}}_{\text{2}}\text{/CO}\approx \mathrm{1,25}$. При детонационной газификации жидких и твердых отходов суммарная объемная доля горючих газов (H₂, СО и CH₄) в получаемом синтез-газе составила 80 и 65 %(об.) с соотношениями ${\mathrm{H}}_2/\mathrm{CO}=0,8$ и 0,5 соответственно. Сравнение составов синтез-газа, полученного в экспериментах с богатыми кислородными смесями природного газа без подачи отходов, а также с подачей жидких и твердых отходов, в одинаковых условиях при $f=1$ Гц показало, что состав синтез-газа, получаемого в детонационном конвертере отходов почти не зависит от типа сырья.

Кратко проанализированы преимущества и перспективы создания лазерных пиротехнических средств, существующие наработки в этой области и их актуальные проблемы. Предложена конструктивная схема лазерного пиропатрона, схема фокусировки излучения в нем для инициирования пиротехнического заряда и способ реализации управления импульсом создаваемого им давления. Методами численного моделирования исследовано поведение конструкции пиропатрона при статическом нагружении высоким давлением и возможность формирования различных импульсов давления в рабочем объеме агрегатов космических аппаратов при истечении газов из пиропатрона после инициирования заряда.

Работа посвящена изучению реакции поверхности отдельных кристаллов пикриновой кислоты на наномасштабное механическое воздействие с целью понимания процессов, лежащих в основе инициирования энергетических материалов (ЭМ). С помощью методов атомно-силовой микроскопии (АСМ) реализованы три вида локального механического воздействия: наноиндентирование, воздействие трением и ударом. Установлено, что наноразмерное воздействие на кристалл приводит к исчезновению материала его поверхности. Кроме того обнаружено, что реакция на механическое воздействие неодинакова для различных граней кристалла. Также выяснено, что при повышении влажности наблюдаемый эффект замедляется, что, вероятно, связано с взаимодействием поверхности пикриновой кислоты с водой.

Рассмотрены примеры основных качественных проявлений реологических эффектов тиксотропии и сверханомалии вязкости, связанные с современными химическими технологиями: аддитивная технология, тиксотропная металлургия, самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) в условиях сочетания процессов горения и сдвигового высокотемпературного деформирования.