Аннотация 3
ВВЕДЕНИЕ. 7
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. 8
1.1 Исследование зажигания различных пиротехнических составов 8
1.2 Исследование зажигания и горения частиц алюминия, включенных в
пиротехнический состав 18
2 ЗАДАЧА НАГРЕВА ЧАСТИЦЫ В СРЕДЕ КОРОТКИМИ ИМПУЛЬСАМИ
ЛАЗЕРА 23
2.1 Физическая постановка задачи 23
2.2 Математическая постановка задачи. 23
2.3 Метод решения задачи. 25
2.4 Результаты вычислений. 29
3 ЗАДАЧА ЗАЖИГАНИЯ ЧАСТИЦЫ В ОДНОРОДНОЙ СРЕДЕ КОРОТКИМИ
ИМПУЛЬСАМИ ЛАЗЕРА. 40
3.1 Постановка задачи. 40
3.3 Метод решения задачи 41
3.4 Результаты 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 48
Зажигание реакционно-способных веществ нагретыми до высоких температур частицами с помощью лазерных импульсов было рассмотрено, как один из возможных на практике механизмов зажигания, ещё в середине прошлого столетия.
Однако, только в последние несколько десятилетий, как в России, так и за рубежом, возрос интерес к экспериментальному изучению и математическому моделированию такого механизма зажигания различных веществ и материалов, таких, как смесовые твердые топливные композиции, жидкие топлива, лесные горючие материалы, взрывчатые вещества и др.
Интерес к изучению данного механизма инициирования горения возник под влиянием нескольких факторов. Во-первых, уровень развития современной электронной аппаратуры позволяет регистрировать быстротекущие процессы, происходящие в энергетических материалах в момент инициирования. Во-вторых, благодаря такой аппаратуре можно получить все данные, необходимые для математического моделирования данных процессов. В-третьих, лазеры имеют практическую пользу при использовании в механизмах инициирования. Использование лазера открывает широкие перспективы в развитии технологий, где требуется инициирование горения (например, инициирование взрывчатых веществ), в плане безопасности.
Целью данной дипломной работы является математическое моделирование процесса разогрева вещества путем нагрева и зажигания частиц, находящихся внутри него, с помощью коротких лазерных импульсов.
1. Сформулирована физико-математическая постановка задачи о зажигании частицы в однородной среде. Физическая модель заключается в нагреве находящейся внутри однородной прозрачной среды частицы короткими импульсами лазера и последующем ее сгорании. Лазер принимается за поток тепла. Математическая модель состоит из системы двух уравнений теплопроводности для среды и частицы, соответственно. Граница «среда - поверхность частицы» подвижна за счет изменения радиуса частицы. Разработан алгоритм численного решения задачи.
2. Решена задача нагрева частицы в однородной среде короткими импульсами лазера. Было получено неоднородное распределение температур во время облучения лазером в связи с отводом тепла от частицы в окружающую среду. В моменты действия лазера наблюдается резкий рост температуры по радиусу частицы. Наблюдается зависимость степени нагрева частицы и, соответственно, окружающей среды от параметров лазера. При увеличении мощности импульса и уменьшении времени паузы между импульсами время нагрева до высоких температур значительно сокращается.
3. Решена задача зажигания частицы в однородной среде короткими импульсами лазера. Найдено время сгорания частицы при варьировании ее размеров и параметров лазера. Обнаружена зависимость времени сгорания частицы от длительности импульса лазера и паузы между ними при разных радиусах частицы и мощностях лазера. При росте длительности импульса и уменьшении времени паузы происходит уменьшение времени сгорания, но оно незначительно. Размер частицы и мощность импульса имеют более значительное влияние на время сгорания частицы. Получен степенной закон сгорания частицы.
