Моделирование поверхности отклика адиабатической температуры пламени пиротехнических составов Al/KClO4

Аннотация

В настоящем исследовании методы планирования эксперимента и методология поверхности отклика (RSM) применены к трехкомпонентной системе Al/KClO₄/связующее, при этом в качестве целевого отклика выбрана адиабатическая температура пламени. Для содержания алюминия (26-38 мас.%), связующего (2-10 мас.%) и начальной температуры реагентов (298-398 K) был построен трехфакторный план Бокса–Бенкена, а температура пламени для каждого из пятнадцати полученных составов рассчитана на основе полностью прозрачного энергетического баланса по закону Гесса с использованием табличных данных NIST–JANAF, без применения закрытого программного обеспечения для равновесных термохимических расчетов. Модель воспроизвела как энтальпию реакции, равную -10,6 кДж·г^-1, так и приводимый в литературе для данной системы диапазон температур пламени 2900-3200 K. Полная квадратичная модель поверхности отклика описала расчетные данные с коэффициентом детерминации 0,9990 и максимальной относительной погрешностью менее 0,13%, а анализ остатков подтвердил адекватность модели. Наибольший вклад в изменение температуры вносили квадратичный эффект содержания алюминия и линейный охлаждающий эффект связующего, тогда как начальная температура в исследованном диапазоне оказывала сравнительно слабое влияние, действуя преимущественно аддитивно и практически независимо от состава. Численная оптимизация показала, что максимальная адиабатическая температура около 3089 K достигается при содержании алюминия 32,7 мас.% и минимальном содержании связующего.