Аннотация
Введение 3
1 Литературный обзор 5
1.1 Воспламенение порошка Бора в различных средах и его свойства 5
1.1.1 Горение в воздухе 5
1.1.2 Воспламенение бора в среде, содержащей водяной пар 7
1.1.3 Воспламенение частиц Бора в Cl2 8
1.1.4 Воспламенение частиц Бора в среде, содержащей фтор 9
1.1.5 Воспламенение частиц Бора в среде, содержащей азот 10
1.2 Модель горения алюминия 11
1.3 Горение и воспламенение частиц мелкодисперсного алюминия 14
2 Горение металлизированного смесевого твердого топлива,
содержащего порошок алюминия 17
2.1 Постановка задачи 17
2.2 Методика решения 17
2.3 Результаты 23
3 Горение металлизированного смесевого твердого топлива,
содержащего порошок бора 29
3.1 Физико-математическая постановка задачи 29
3.2 Результаты 36
3.3 Сравнительный анализ линейной скорости горения МСТТ
с частицами алюминия и линейной скорости горения МСТТ с частицами бора. .. 39
Заключение 41
Список использованной литературы 42
Смесевые топлива представляют собой механические смеси окислителя, горючего и специальных добавок. Для большинства современных смесевых топлив характерно использование трех основных компонентов: кристаллического окислителя, полимерного горючего-связующего и металлической добавки.
Основной энергонесущий компонент твердого ракетного топлива - окислитель, который определяет удельный импульс и скорость горения.
В качестве связующего могут быть использованы различные вещества органического происхождения, такие как тяжелые нефтепродукты или же современные полимеры (полиэфирные, фенольные и эпоксидные смолы, пластмассы, каучуки и др.
Практически все современные смесевые топлива содержат металлы в виде мелкодисперсных порошков. Введение металла в смесевое топливо позволяет значительно поднять его удельный импульс, увеличить плотность топлива, повысить стабильность и скорость горения твердого ракетного топлива.
Научными коллективами исследовалось применение добавок легких металлов: алюминия, магния, циркония, бериллия, бора, а также сплавов металлов в составе смесе- вого твердого топлива. Чтобы получить необходимый прирост удельного импульса и плотности топлива, обеспечить необходимые физико-механические свойства некоторое количество металла увязывают с содержанием остальных компонентов.
Процесс горения твердых ракетных топлив сопровождается многообразием физических и химических превращений их компонентов в относительно узкой пространственной области при интенсивном тепло- и-массообмене.
В процессе горения металлосодержащих смесевых топлив происходят многостадийные преобразования металлических частиц в волне горения, сопровождающиеся сложным комплексом физических явлений. Такие как фазовые превращения, агломерация и диспергирование капель, гидродинамическое воздействие потока на частицы, тепло- и массоперенос между газом и частицами в результате фазовых превращений и конвекции и др.
Имеющиеся механизмы горения твердых ракетных топлив указывают на зависимость скорости горения от природы топлива, начальной температуры заряда, давления, при котором осуществлялось горение, скорости движения газа вдоль поверхности горения и других факторов, имеющих влияние на теплообмен и скорость реакций в конденсированной фазе [1].
С учетом быстроты протекания процессов горения возникает необходимость исследования процесса с помощью вычислительных методов. Физико-математическая постановка задачи должна учитывать процессы теплообмена, химические превращения, а также взаимодействие между компонентами металлизированного смесевого твердого топлива. Для понимания сути, происходящих явлений необходимо провести ряд вычислительных экспериментов и на основе набора данных определить основные закономерности горения металлизированного смесевого твердого топлива.
Целью настоящей работы являлось численное исследование задачи горения смесе- вого твердого топлива, содержащего реакционноспособные частицы.
• Получены данные о зависимости линейной скорости горения металлизированного смесевого твердого топлива, содержащего частицы алюминия, от давления газа в окружающей среде и размера частиц алюминия;
• Получены данные о зависимости линейной скорости горения смесевого твердого топлива, содержащего частицы бора, от давления газа в окружающей среде и размера частиц бора.;
• Проведен сравнительный анализ линейной скорости горения МСТТ с частицами алюминия и МСТТ с частицами бора.
Результаты работы были представлены на XV Всероссийской школе-конференции для молодых ученых «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии», приуроченной к 100-летию со дня рождения академика Н.Н. Яненко (п. Шерегеш, с 26 февраля по 5 марта 2021 г.).
