Досліджено вплив зміни діаметра окиснюваної металевої частинки та випару оксиду з її поверхні на високотемпературний тепломасообмін із газом у разі протікання реакції окиснення на межі фаз метал - оксид та оксид - газ. Проаналізовано вплив початкового діаметра частинок і концентрації кисню в повітрі на період індукції, час і температуру горіння, критичні параметри затухання частинок зі змінним діаметром.

У результаті фізико-математичного моделювання проведено порівняльний аналіз високотемпературного тепломасообміну поодинокої вуглецевої частинки та частинок за умов газозавису за різних концентрацій вуглецевого палива. Доказано, що на відміну від поодинокої частинки, за умов газозавису залежність часу та температури горіння, критичного діаметра потухання від початкового діаметра частинок носять немонотонний характер. Виявлено інтервал початкових діаметрів, де спостерігається повне перетворення палива.

Індекс рубрикатора НБУВ: В333.33 + Г241.1-2

Рубрики:

Високочастотний (ВЧ), надвисокочастотний (НВЧ), індукційний розряди

Насичені вуглеводні (парафіни,алкани)

Шифр НБУВ: Ж28079/фіз.-мат. Пошук видання у каталогах НБУВ 

Досліджено кінетику плавлення та горіння парафінових систем, для яких експериментально визначено характеристики поширення фронту плавлення та горіння. На підставі одержаних даних запропоновано механізм розпилення парафінових палив, у основу якого покладено уявлення щодо втрати стійкості розплавленого шару.

Досліджено вплив внутрішнього реагування на період індукції, час і температуру горіння, критичні параметри спалахування та затухання вуглецевих частинок за умов газозавису. Встановлено, що врахування в фізико-математичній моделі внутрішнього реагування призводить до значного зменшення періоду індукції, критичних діаметрів і масових концентрацій частинок, які визначають спалахування та затухання газозависів. Доказано, що для газозависів поруватих частинок значно розширюється діапазон концентрацій, за яких спостерігається повне згорання палива. Виявлено неоднозначний вплив способу зміни масової концентрації на період індукції газозависів.

Проведено дослідження закономірностей і механізму утворення та зростання оксидних кристалічних структур на поверхні дротиків тугоплавких металів (вольфраму, молібдену), які нагріваються електричним струмом в повітрі. Встановлено, що формування оксидних структур на первинній оксидній плівці на поверхні вольфраму починається з ниткоподібних кристалів, які згодом перетворюються в розгалужені кристалічні структури. Оксидні структури на поверхні молібдену формуються у вигляді пластин, які орієнтовані в різних напрямках і, згодом, розростаючись, з'єднуються між собою. Визначено температурні режими, за яких виникають перші кристали, та швидкості зростання їх геометричних розмірів. Встановлено, що утворені кристалічні структури являють собою триоксид вольфраму та триоксид молібдену.

Надано результати досліджень високотемпературного окиснення вольфрамових і молібденових дротиків, що нагріваються постійним електричним струмом у повітрі за нормального тиску. Експериментально визначено часові залежності температури дротиків за умов нестаціонарного тепломасообміну, швидкості реакції окиснення за різних температур, розраховано константи швидкості та знайдено значення енергії активації реакції окиснення металів у різних температурних інтервалах. Проведено фізико-математичне моделювання стаціонарних режимів високотемпературного тепломасообміну та окиснення дротиків. Одержано вираз для теплового потоку від дротика до холодних контактів з урахуванням молекулярно-конвективного теплообміну та резистивного нагріву. Результати комп'ютерного моделювання добре узгоджуються з експериментальними даними.

Досліджено фізичні механізми змін в структурі твердих н-парафінів, що застосовуються як сировина для ракетного палива на початковому етапі їх спалювання. Запропоновано новий елемент в конструкції ракетного двигуна для інтенсифікації розпилення палива, а також для попередження виникнення загрози вибуху. За допомогою експериментального стенда для вивчення процесів горіння в потоці визначено вплив активних центрів на швидкість горіння і висоту полум'я н-парафінів.

Вивчено стаціонарні режими високотемпературного тепломасообміну та окиснення дротиків тугоплавких металів (вольфраму та молібдену), що нагріваються електричним струмом в повітрі. Досліджено кінетику зростання оксидного шару на поверхні зразків і встановлено закон окиснення цих металів за визначених температур. За використанням експериментальних даних одержано значення енергії активації реакції окиснення вольфраму та молібдену в повітрі.

Проведено фізико-математичне моделювання високотемпературного тепломасообміну та кінетики хімічних реакцій полідисперсного газозавису вуглецевих частинок з урахуванням внутрішнього реагування в порах і стефанівської течії на поверхні частинок. Проведено розрахунки режимів горіння двофракційних газозависів із розмірами частинок, які відрізняються між собою в 2 і 3 рази, за однакових масових концентрацій кожної з фракцій. Показано, що період індукції крупних фракцій двофракційного газозавису є значно меншим за період індукції частинок цих же розмірів за умов монозавису з однаковими масовими концентраціями палива. Для дрібних фракцій встановлено значне зменшення часу горіння за умов двофракційних систем. Доведено, що двофракційні газозависи мають вищу температуру горіння в порівнянні з монодисперсними газозависами з тими ж розмірами частинок і масовими концентраціями.

Проведено дослідження високотемпературного тепломасообміну, процесів плавлення та випаровування під час горіння частинок парафіну (октадекана) в повітрі. Встановлено послідовність стадій тепломасообміну під час горіння парафіну, розкрито їх фізико-хімічні механізми. Знайдено сталі швидкості горіння, геометричні характеристики полум'я для крапель октадекану різного початкового діаметра.

Проведено дослідження впливу однорідного електричного поля на процеси плавлення та горіння частинок октадекану в повітрі. Показано, що в електричному полі на початковому етапі зменшується швидкість плавлення, що призводить до збільшення часу плавлення. Встановлено, що під впливом електричного поля відбувається зростання швидкості горіння крапель октадекану та зміщення полум'я в напрямі електричного поля.

Розроблено нову методику вивчення кінетики плавлення частинки октадекану. Розроблено фізико-математичну модель теплообміну краплі з навколишнім середовищем. Розрахункові значення часу плавлення добре узгоджуються з експериментальними даними. Досліджено вплив електростатичного поля на кінетику плавлення парафіну. Встановлено, що за присутності поля напруженістю 82 кВ/м час плавлення збільшується майже вдвічі. До того ж спостерігається обертання твердого ядра у розплаві, що є проявом ефекту Квінке. Вивчено еволюцію форми краплі впродовж фазового перетворення. Доведено, що спочатку витягнута частинка поблизу точки плавлення приймає майже сферичну форму, а потім знову витягується під дією сили тяжіння. Цей факт пояснюється немонотонною температурною залежністю коефіцієнта поверхневого натягу, та свідчить про наявність проміжного стану - так званої ротаційної фази. Таким чином, доведено можливість керування процесом плавлення за допомогою електричного поля.

Розглянуто питання збільшення коефіцієнта регресії парафіноподібного палива в аерокосмічних установках. Висунуто гіпотезу щодо залежності цієї величини від зміни конформацій ланцюгів на поверхні розплавленого шару. Запропоновано використовувати магнітне поле під час підготовки паливного заряда. Зроблено висновок про стабілізацію переносу крапель з поверхні парафіноподібного розплаву в зону горіння у разі застосування сталого магнітного поля.

Проведено дослідження механізму утворення ниткоподібних кристалів (НПК) оксиду на поверхні вольфрамових дротиків у процесі високотемпературного окиснення в повітрі. Визначено умови виникнення НПК та особливості їх зростання. Встановлено, що початкові кристали утворюються за температур вищих за 900 K на вуглецевих частинках, які знаходяться на поверхні суцільного оксидного шару. Доказано, що НПК зростають досить швидко і розгалужуються, перетворюючись в гіллясті та кущисті оксидні структури. Запропоновано фізико-хімічний механізм утворення та зростання оксидних кристалічних структур на поверхні вольфраму. Визначено швидкості росту геометричних розмірів кристалів.

Проведено фізико-математичне моделювання процесів високотемпературного тепломасообміну та окиснення металевих частинок з урахуванням випару оксиду та стефанівської течії на поверхні. Одержано аналітичні вирази для швидкості стефанівської течії, теплових і масових потоків на поверхні частинки. В результаті проведених розрахунків виявлено закономірності впливу стефанівського потоку на основні характеристики високотемпературного тепломасообміну металевої частинки з газом.

Розглянуто питання інтенсифікації парафіноподібних систем, які можуть бути застосовані під час створення паливних зарядів для гібридних ракет. Експериментально визначенно адгезійну міцність на зсув для парафінових систем з різними довжинами ланцюгів. Запропоновано механізм розпилення палив на основі парафіну у разі застосування плазми поперечної дуги, пов'язаний зі зміною кількості та форми зв'язків між парафіновими молекулами.

Актуальність досліджень процесів горіння палив на основі алканів обумовлена пошуком нових ефективних, екологічно чистих палив для енергетики та аерокосмічної галузі. Парафін (суміш алканів) є легкоплавким матеріалом, який може використовуватись в якості екологічно чистого і високоенергетичного палива. Важливим завданням є інтенсифікація процесів горіння палива в реакційному об'ємі. Одним із чинників інтенсифікації може бути електричне поле. Мета роботи - дослідження закономірностей впливу електричного поля на процеси високотемпературного тепломасообміну, плавлення і горіння крапель рідкого палива на основі алканів. Розроблена методика досліджень кінетики плавлення і горіння крапель рідкого палива з використанням цифрової зйомки об'єкта дослідження та комп'ютерної обробки отриманих зображень. Проведено дослідження впливу однорідного електричного поля на горіння частинок алканів в повітрі. Визначена стадійність процесів тепломасообміну в процесі горіння. Показано, що плавлення частинки являється основною складовою частиною періоду індукції, часу за який частинка спалахує. Виявлено, що швидкість плавлення суттєво зменшується, якщо напруженість електричного поля перевищує деяке критичне значення. Встановлено, що вплив електричного поля на плавлення більш виражений при підвищених температурах газу. Доведено, що при плавленні частинки октадекана в електричному полі відбувається обертання нерозплавленої залишкової твердої фази в розплаві, що є проявом ефекту Квінке. Вивчена кінетика горіння крапель октадекана різних початкових діаметрів. Доведено, що на певній ділянці горіння виконується лінійний закон зміни квадрату діаметра краплі з часом (закон Срезневського). Проведено дослідження щодо впливу електричного поля на швидкість горіння частинок різного початкового діаметру. Встановлено, що під впливом електричного поля відбувається зростання швидкості горіння крапель алканів. Зокрема, для крапель октадекану, швидкість горіння в постійному електричному полі зростає на 10 - 23 % в залежності від початкового діаметру краплі. Знайдено сталі горіння крапель октадекану. Вивчено вплив електричного поля на геометричні розміри полум'я. Встановлено, що під впливом поля полум'я стає асиметричним та зміщується в бік негативно зарядженої пластини конденсатора. При цьому зменшується висота полум'я і збільшується його ширина. Ці явища пов'язані з дією "іонного вітру" в полум'ї і перетворенням енергії електричного поля в теплову, внаслідок чого фронт горіння наближається до поверхні краплі, збільшуючи швидкість її випару.

Викладено основні положення та визначення сфери метрології, розглянуто шкали вимірювань та одиниці фізичних величин. Висвітлено питання теорії похибок вимірювань, методики обробки результатів спостережень. Увагу приділено питанню забезпечення єдності вимірювань, стану еталонної бази України. Наведено конструкції та схеми еталонів для реалізації основних одиниць міжнародної системи SI.

Індекс рубрикатора НБУВ: К235.110.43

Рубрики:

Структурні та фазові перетворення у вольфрамі та його сплавах

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ