Аннотация
Введение 1
Принятые обозначения 3
1 Обзор литературы 5
2 Методы измерения нестационарной скорости горения 7
3 Физико-математическая постановка задачи определения нестационарной
скорости вэм путём решения обратной задачи внутренней баллистики 10
3.1 Физическая постановка задачи 10
3.2 Математическая постановка задачи 11
4 Методика эксперимента 14
5 Методика решения задачи 17
5.1 Алгоритм решения задачи 17
5.2 Метод Рунге-Кутты 18
5.3 Метод Ньютона 19
5.4 Отладка программы и прямая задача внутренней баллистики 21
5.5 Сглаживание/аппроксимация экспериментальных данных 21
5.6 Квазистационарная скорость горения 27
6 Результаты расчётов 30
Заключение 42
Список литературы 43
Приложение А 45
Вопрос определения нестационарной скорости горения (НСГ) всегда был одним из ключевых в теории горения. Ведь мы имеем дело с процессами, где скорость горения не постоянна, а меняется во времени - представьте себе быстрое изменение давления, скачки температур или колебания концентраций компонентов во время горения топлива. Все это приводит к нестационарным эффектам, которые нужно уметь предсказывать и контролировать, особенно при разработке новых, более эффективных топливных композиций.
Исследование нестационарных режимов горения высокоэнергетических материалов (ВЭМ) представляет собой актуальную задачу современной теории горения, имеющую высокую практическую значимость для разработки эффективных топливных композиций. Сложность анализа нестационарных режимов обусловлена многофакторностью процессов горения, где на скорость горения влияют такие динамически изменяющиеся параметры как давление, температура, состав газовой фазы, плотность, площадь горения и др.
В данном контексте обратная задача внутренней баллистики (ОЗВБ) приобретает особое значение, позволяя определить нестационарную скорость горения на основе анализа экспериментальных данных о параметрах процесса горения (давление, температура, плотность и др.).
Существует несколько преимуществ метода ОЗВБ - это его комплексный подход, который учитывает взаимосвязь множества факторов, влияющих на НСГ, что отличает ее от методов, основанных на упрощенных моделях; а также сам анализ динамики процесса, что в отличие от экспериментальных методов, нацеленных на измерение усредненных значений скорости горения, позволяет восстановить динамику изменения НСГ во времени.
Необходимо также отметить, что применение ОЗВБ требует высокой точности экспериментальных данных и адекватности используемых математических моделей процессов горения.
Множество подходов к определению нестационарной скорости горения свидетельствует о том, что теория нестационарного горения является актуальной и по сей день.
Цель данной работы - детально рассмотреть принципы и алгоритмы решения ОЗВБ для определения НСГ высокоэнергетических материалов с добавлением порошкообразных металлов и, собственно, провести анализ экспериментальных данных и результатов численных расчетов с использованием ОЗВБ для конкретных составов ВЭМ. Полученные результаты позволят нам углубить понимание механизмов нестационарного горения ВЭМ, а также будут использованы для оптимизации составов и технологий производства твердых топлив.
Тема определения НСГ ВЭМ с помощью ОЗВБ является перспективным направлением исследований, результаты которого найдут применение в различных областях науки и техники.
1. Проведен обзор методов определения нестационарной скорости горения конденсированных высокоэнергетических материалов.
2. Реализован метод расчета нестационарной скорости горения путем решения обратной задачи внутренней баллистики. Проведены отладка и тестирование метода.
3. Проведены расчеты нестационарной скорости горения модельных топлив с добавлением порошкообразных металлов.
4. Проведен анализ полученных результатов показал, что при реализованных в экспериментах скоростях сброса давления реализуются устойчивые переходные режимы для всех исследованных образцов топливных композиций.
