Моделирование воспламенения кристалла триаминотринитробензола

Г.Т. Смагулова; Ж.Р. Уалиев; З.А. Мансуров

doi:10.18321/

Авторы

Г.Т. Смагулова Институт проблем горения, 050012, Казахстан, г. Алматы, ул. Богенбай батыра, 172
Ж.Р. Уалиев Институт проблем горения, 050012, Казахстан, г. Алматы, ул. Богенбай батыра, 172
З.А. Мансуров Институт проблем горения, 050012, Казахстан, г. Алматы, ул. Богенбай батыра, 172

DOI:

https://doi.org/10.18321/

Ключевые слова:

зажигание, горение, моделирование, температура, детонация

Аннотация

Математическое моделирование как аппарат исследования сложных комплексов взаимосвязанных физико-химических процессов, протекающих при зажигании и горении конденсированных веществ, активно развивается в настоящее время. В работе проведено численное моделирование процесса воспламенения одиночного кристалла триаминотринитробензола (ТАТБ). В качестве основной модели расчета параметров зажигания одиночного кристалла, была взята модель зажигания кристалла взрывчатого вещества с учетом анизотропии его свойств и связности тепловых, химических и механических процессов. Из полученных данных следует, что в силу значительной роли выгорания и качественного отличия характеристики зоны реакции, данная модель отличается от тепловой теории воспламенения. Согласно расчетам, задержка времени воспламенения имеет экспоненциальную зависимость от начальной температуры. Приведены результаты расчета глубины превращения и распределения температуры в реакционной зоне от времени, при вырожденном режиме зажигания. Показано, что область существования нормальных режимов зажигания сужается при увеличении количества внутренних деформаций (трещины, полости, поры, дислокации) и в значительной степени зависит от глубины выгорания вещества. Показано значительное влияние концентрационного и структурного расширения на характеристики зажигания, за счет изменения энергии активации химической реакции под действием механических процессов. Рассмотрены химические реакции, протекающие в начальный момент зажигания кристалла, так при воспламенении, первичной стадией, является отрыв групп NO₂ от молекулы ТАТБ, данная реакция является эндотермической. Затем происходит отрыв NH₂–группы от радикала. После отрыва NO₂ и NH₂–групп происходит фрагментация бензольного радикала с образованием осколочных радикалов.

Библиографические ссылки

(1) Hu E., Huang Z., He J., Jin C., Zheng J. Experimental and numerical study on laminar burning characteristics of premixed methane–hydrogen–air flames // International Journal of Hydrogen Energy. 2009. № 34. P. 4876–4888.

(2) Gordon R. L., Masri A. R., Pope S. B., Goldin G. M. A numerical study of auto-ignition in turbulent lifted flames issuing into a vitiated co-flow // Combustion Theory and Modelling. 2007. Vol. 11, No. 3. P. 351–376.

(3) Современные проблемы исследования быстропротекающих процессов и явлений катастрофического характера / Под ред. О. М. Белоцерковского и др. М.: Наука, 2007. 223 с.

(4) Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Одномерные, двумерные и пространственные модели газофазного зажигания жидких конденсированных веществ локальными источниками энергии // Труды Междунар. конф. «Химическая и радиационная физика». 25–29 августа 2009 г.

(5) Yang V. Modeling of supercritical vaporization, mixing, and combustion processes in liquid-fueled propulsion systems // Proceedings of the 28th International Symposium on Combustion. Pittsburgh, 2000.

(6) Амосов А. П. Теория воспламенения взрывчатых веществ при механических воздействиях // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. 1996. Вып. 4. С. 208–235.

(7) Tavernetti W. E., Hafez M. M. A numerical study of chaotic dynamics in thermal ignition and chemically reactive swirling flow // Seventh International Conference on Computational Fluid Dynamics (ICCFD7). Big Island, Hawaii, July 9–13, 2012.

(8) Вилюнов В. Н. Теория зажигания конденсированных веществ. Новосибирск: Наука, 1984. 190 с.

(9) Esfahani J. A., Sousa A. C. M. Ignition of epoxy by a high radiation source: a numerical study // International Journal of Thermal Sciences. Elsevier, Paris. 1999. № 38. P. 315–323.

(10) Митрофанов В. В. Детонация гомогенных и гетерогенных систем. Новосибирск: Изд-во Ин-та гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 2003. 200 с.

(11) Храмов Г. Н. Горение и взрыв. Монография. СПб.: СПбГПУ, 2007. 278 с.

(12) Магойченков М. А., Галаджий Ф. М., Росинский Н. Л. Мастер-взрывник. М.: Недра, 1975. 288 с.

(13) Кушнарев Д. М. Использование энергии взрыва в строительстве. М.: Стройиздат, 1973. 289 с.

(14) Орлова Е. Ю., Орлова Н. А., Жилин В. Ф. и др. Октоген – термостойкое взрывчатое вещество. М.: Недра, 1975. 128 с.

(15) Ловля С. А., Каплан Б. Л., Майоров В. В. и др. Взрывное дело. М.: Недра, 1976. 272 с.

(16) Яблоков В. А. Теория горения и взрывов. Н. Новгород, 2007. 61 с.

(17) Koch E.-Ch., Péron P.-F. Synoptic review on insensitive explosive molecules // ICT 41th. Karlsruhe, 29 June – 02 July 2010. V. 5.

(18) Knyazeva A. G., Evstigneev N. K. Interrelations between heat and mechanical processes during solid phase chemical conversion under loading // Procedia Computer Science. 2010. № 1. P. 2613–2622.

(19) Князева А. Г. О зажигании кристаллов взрывчатых веществ // Физика горения и взрыва. 2001. Т. 37, № 3. С. 94–105.

(20) Knyazeva A. G., Zarko V. E. The effect of chemically induced stresses and deformations on the ignition of solid propellants // Challenges in Propellants and Combustion. 100 Years after Nobel. Begell House, Inc. New York; Wallingford (U.K.), 1997. P. 762–773.

(21) Knyazeva A. G., Dyukarev E. A. On the modes of solid phase decomposition of single crystals of priming explosives // Physical Mesomechanics. 2000. V. 3, № 3. P. 93–102.

(22) Жилин В. Ф., Збарский В. Л., Юдин Н. В. Малочувствительные взрывчатые вещества. М.: Недра, 2008. 160 с.

(23) Дик И. Г., Селиховкин А. М. Модель зажигания и перехода к горению конденсированного газифицирующегося вещества // Математическое моделирование. 1991. Т. 3, № 4. С. 3–11.

(24) Князева А. Г., Кузнецов В. Т. Разрушение поверхностного слоя нитроглицеринового пороха в процессе зажигания при различных начальных температурах // Физика горения и взрыва. 1995. Т. 31, № 4. С. 10–19.

(25) Смирнов Л. П. Математическое моделирование процессов разложения взрывчатых веществ // Успехи химии. 2010. Т. 79, № 5. С. 466–483.

(26) Бахрах С. М., Володина Н. А., Гушанов А. Р. Численное моделирование инициирования взрывчатых превращений в твёрдом веществе при низкоскоростных воздействиях // Химическая физика. 2008. Т. 27, № 8. С. 70–76.

(27) Гусаченко Л. К., Зарко В. Е., Зырянов В. Я., Бобрышев В. П. Моделирование процессов горения твёрдых топлив. Новосибирск: Наука СО, 1985. 182 с.

(28) Сполдинг Д. Б. Основы теории горения. М.: Госэнергоиздат, 1959. 320 с.

(29) Зельдович Я. Б., Компанеец А. С. Теория детонации. М.: Гос. изд-во техн.-теор. лит., 1955. 268 с.

(30) Гребенкин К. Ф., Горшков М. М., Жеребцов А. Л., Попова В. В., Тараник М. В. Оценки скорости распространения волны горения из «горячих точек» при ударно-волновом инициировании ТАТБ // Труды VII Междунар. конф. «Забабахинские научные чтения». 8–12 сентября 2003 г.

(31) Зеленкин В. Г., Боровик С. И., Бабкин М. Ю. Теория горения и взрыва: конспект лекций. Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2011. 166 с.