Горение частиц алюминия в активных средах

В.А. Бабук

doi:10.18321/

Авторы

В.А. Бабук Балтийский государственный технический университет «Военмех», 190005, Санкт-Петербург, 1-Красноармейская ул. д. 1, Россия

DOI:

https://doi.org/10.18321/

Ключевые слова:

горение, алюминий, топливо, математическая модель, энергия

Аннотация

В настоящей статье приводятся результаты исследования процесса горения крупной фракции частиц алюминия (диаметр частиц более 30-40 мкм) в среде продуктов сгорания твердого ракетного топлива. Исследование включало разработку методик экспериментального исследования, получение экспериментальных данных о процессе горения, создание общей физической картины изучаемого процесса, разработку математической модели, обеспечивающей определение характеристик кинетики сгорания и конденсированных продуктов сгорания. Методики экспериментального исследования обеспечивают получение информации как количественного (данные о дисперсности и химическом составе конденсированных продуктов, температура горящих частиц), так и качественного характера (данные визуализации горящих частиц и анализа шлифов отобранных частиц). Физическая картина рассматриваемого процесса горения включает описание совокупности физико-химических превращений, в которых участвуют как конденсированные, так и газообразные продукты. Численный анализа модели позволил сделать вывод о достаточно высоком качестве моделирования. Результаты исследования могут быть использованы для решения ряда практических задач при создании энергетических установок на твердом топливе. К их числу относятся задачи прогнозирования потерь удельного импульса тяги, шлакообразования в камере сгорания и воздействия продуктов сгорания на элементы конструкции.

Библиографические ссылки

(1) Похил П.М., Беляев А.Ф., Фролов Ю.В. и др. Горение порошкообразных металлов в активных средах. – М.: Наука, 1972. – 294 с.

(2) Клячко Л.А. Горение неподвижной частицы легкокипящего металла // Физика горения и взрыва. – 1969. – № 3(5). – С. 404–413.

(3) Клячко Л.А. Горение частицы легкокипящего металла, движущегося относительно газообразного окислителя // Физика горения и взрыва. – 1971. – № 2(7). – С. 236–241.

(4) Воронецкий А.В., Сухов А.В., Шпаро А.П. О механизме влияния давления на горение частиц металлов // Вопросы двигателестроения: Сб. тр. МВТУ. – 1978. – № 290. – С. 28–35.

(5) Гремячкин В.М., Истратов А.Г., Лейпунский О.И. Об образовании конденсированных частиц окиси при горении мелких частиц металла // Прикладная механика и техническая физика. – 1974. – № 4. – С. 70–78.

(6) Гремячкин В.М., Истратов А.Г., Лейпунский О.И. Модель горения мелких капель металла // Физика горения и взрыва. – 1975. – № 3(11). – С. 366–373.

(7) Гремячкин В.М., Истратов А.Г., Лейпунский О.И. К теории горения мелких капель металла // Прикладная механика и техническая физика. – 1976. – № 2. – С. 47–53.

(8) Гладун В.Д., Фролов Ю.В., Кашпоров Л.Я. Агломерация частиц порошкообразного металла при горении смесевых конденсированных систем. – Черноголовка: ОИХФ АН СССР, 1977. – 39 с.

(9) Brooks K.P., Beckstead M.W. Dynamics of aluminum combustion // Proceedings of the 30th JANNAF Combustion Meeting. – 1993. – P. 337–356.

(10) Olsen S.E., Beckstead M.W. Burn time measurements of single aluminum particles in steam and carbon dioxide mixtures // Intrachamber Processes Combustion and Gas Dynamics of Dispersed Systems: International Seminar. Book of Lectures. – St. Petersburg, 1995. – P. 6–35.

(11) Liang Y., Beckstead M.W. Numerical simulation of quasi-steady, single aluminum particle combustion in air // AIAA Paper 98-0254. – 1998.

(12) Price E.W. Combustion of metallized propellant // Progress in Astronautics and Aeronautics. Fundamentals of Solid Propellant Combustion. – V. 90. – New York: AIAA, 1972. – P. 479–523.

(13) Hermsen R.W. Aluminum combustion efficiency in solid rocket motors // AIAA Paper 81-0038. – 1981.

(14) Babuk V.A., Vasilyev V.A., Sviridov V.V. Formation of condensed combustion products at the burning surface of solid rocket propellant // Progress in Astronautics and Aeronautics. Solid Propellant Chemistry, Combustion, and Motor Interior Ballistics. – V. 185. – New York: AIAA, 2000. – P. 749–776.

(15) Babuk V.A., Vasilyev V.A., Naslednikov P.A. Experimental study of evolution of condensed combustion products in gas phase of burning solid rocket propellant // Combustion of Energetic Materials. – Eds. K. Kuo, L. De Luca. – New York, 2002. – P. 412–426.

(16) Babuk V.A., Vasilyev V.A., Malakhov M.S. Condensed combustion products at the burning surface of aluminized solid propellant // Journal of Propulsion and Power. – 1999. – Т. 15, № 6. – P. 783–794.

(17) Бабук В.А. Проблемы исследования образования высокодисперсного оксида при горении алюминизированных твердых топлив // Физика горения и взрыва. – 2007. – № 1(43). – С. 45–53.

(18) Babuk V.A., Vasilyev V.A. Model of aluminum agglomerate evolution in combustion products of solid rocket propellant // Journal of Propulsion and Power. – 2002. – Т. 18, № 4. – P. 814–824.

(19) Babuk V.A., Dolotkazin I.N., Nizyaev A.A. Analysis and synthesis of solutions for the agglomeration process modeling // EUCASS Book Series Advances in Aerospace Sciences. Vol. 4: Progress in Propulsion Physics. – Paris: Torus Press, EDP Sciences, 2013. – P. 33–58.

(20) Основы практической теории горения / Под ред. В.В. Померанцева. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 309 с.

(21) Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. – М.: Мир, 1975. – 534 с.

(22) Бабук В.А., Васильев В.А., Карпин Д.В. Моделирование горения капель Al–Al₂O₃ в активном высокотемпературном газовом потоке // Сб. докладов Третьей Международной конференции по внутрикамерным процессам и горению в установках на твердом топливе и ствольным системам (ICOC-99). – Ижевск, 1999. – С. 761–781.

(23) Lynch P., Fiore G., Krier H., Glumac N. Gas-phase reaction in nanoaluminum combustion // Combustion Science and Technology. – 2010. – Т. 182, № 7. – P. 842–857.