Burning of aluminium particles in active environments

Authors

  • V.A. Babuk Baltic State Technical University 1, First Krasnoarmeyskaya Str., St.-Petersburg, 190005, Russia

DOI:

https://doi.org/10.18321/

Keywords:

combustion, aluminum, fuel, mathematical model, energy

Abstract

Results of research of burning process of coarse fraction of metal particles (diameter of particles more than 30-40 m) in the environment of combustion products of solid rocket propellant are resulted in the present article. Research included working out of techniques of an experimental research, obtaining of experimental data about burning process, creation of the general physical picture of studied process, working out of the mathematical model providing definition of characteristics of kinetics combustion and condensed combustion products. Experimental research techniques provide obtaining of the information of quantitative character (the data about dispersion and a chemical composition of the condensed products, temperature of burning particles), and also qualitative character (the data of visualization of burning particles and the analysis microsections of collected particles). The physical picture of considered burning process includes the description of set of physical and chemical transformations in which participate both condensed and gaseous products. Numerical the model analysis has allowed to draw a conclusion on high enough quality of modeling. Results of research can be used for the decision of some practical problems at creation of propulsion system on solid propellant. Problems of forecasting of losses of a specific impulse, slag formation in the combustion chamber and influence of combustion products on construction elements concern their number.

References

(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.

Downloads

Published

2012-12-20

How to Cite

Babuk, V. (2012). Burning of aluminium particles in active environments. Combustion and Plasma Chemistry, 10(4), 276-287. https://doi.org/10.18321/