Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. - Основные характеристики горения, страница 58

Природа металла. При одинаковых условиях сжигания, отбо­ра и закалки конденсата размер агломератов при горении состава с магнием заметно меньше, чем для состава с алюминием. Как и в случае составов с добавкой алюминия, для составов с магнием на­блюдается зависимость среднеобъемного размера частиц, обра­зующихся в результате слияния на поверхности пороха, от давле­ния (скорости горения заряда) и концентрации металла.

Однако степень слияния для магния меньше, чем для алюми­ния. Так, для состава ПХА+ПФ+20% Mg (d₀ <=1,5 мкм) при Р = =3,0 МПа среднеобъемный размер частиц магния d_v(Mg) = = 16 мкм, в то время как для аналогичного состава с добавкой 20% Al (do<=l мкм) при тех же условиях опыта d_v(Al)=22 мкм.

Магний имеет практически одинаковую с алюминием температу­ру плавления; но значительно меньшую температуру воспламене­ния. Кроме того, составы с добавкой магния имеют большую ско­рость горения, чем с добавкой алюминия (при одинаковом содер­жании и размере частиц металла), поэтому у магния менее выра­женная по сравнению с алюминием агломерация.

Температура и эмиссионный спектр пламени

Известно, что процесс горения конденсированных систем явля­ется многостадийным [8]. Поэтому изучение процессов, протекаю­щих на начальной стадии горения, удобнее всего проводить при беспламенном горении топлива в условиях вакуума, при котором эта стадия процесса горения осуществляется практически в изо­лированном виде. Устойчивость беспламенного горения обусловле­на тепловым эффектом реакций, протекающих в реакционном слое конденсированной фазы. Если частицы металла начинают реаги­ровать при беспламенном горении металлизированных составов, то это должно определенным образом отразиться на тепловом эф­фекте реакций, протекающих в реакционном слое конденсированной фазы. Как следует из данных работы [66], беспламенное горение состава сопровождается непрерывным ростом Т_пов по мере повышения концентрации металла и уменьшением начального разме­ра частиц алюминия в топливе. В связи с тем, что коэффициент диффузии газов (CO2, О₂, Н₂О и т. д.) через окисную оболочку ча­стицы металла мал. а давление пара алюминия незначительное и составляет 7*10^-5 Па (5,27*10^-7 мм рт. ст.) при 960 К, воспламе­нение частнц на поверхности состава и увеличение тепловыделе­ния в конденсированной фазе топлива можно объяснить растрески­ванием оболочки А1₂О3 и оголением поверхности частицы металла, приводящего к экзотермической реакции окисления алюминия на ранней стадии в волне горения. В силу этого становится возмож­ным интенсивный саморазогрев и воспламенение частиц алюминия при температуре поверхности горения. Процесс (растрескивания оболочки происходит за счет различия коэффициентов линейного расширения металла и его окисла и зависит от скорости нагрева­ния частицы. Скорость прогревания частицы в реакционном слое смесевого топлива составляет ~10⁵ К/с [68]. Такая скорость про­гревания частицы металла может существенно интенсифицировать процесс растрескивания оболочки и окисления алюминия.

Следует отметить, что в среде продуктов разложения и горения смесевых топлив на основе ПХА содержится большое количество хлора и его соединений. При (взаимодействии алюминия с хлором образуется хлорид алюминия {113], имеющий низкую (450 К) тем­пературу испарения (возгонки). Реакция Al + 1,5 Cl₂—>А1С1₃ + Q сопровождается тепловыделением.

Вклад, вносимый процессами окисления алюминия в конденси­рованной фазе в общее тепловыделение в реакционном слое, рас­тет как в абсолютном, так и в относительном выражении, причем по мере увеличения процентного содержания и уменьшения исход­ного размера частиц алюминия доля тепла, выделяющегося, при окислении металла в конденсированной фазе, растет при прочих равных условиях [66].

В работе [40] приведены экспериментальные результаты по из­мерению температуры пламени состава ПХА+ПММА с добавкой 5% и 10% А1 (исходный размер частиц меньше микрона и 12— 15 мкм). Увеличение содержания металла и уменьшение размера частиц алюминия в составе приводит к росту температуры пламе­ни. Расхождение между Т_расч и Т_эксп объясняется усилением про­цесса агломерации частиц металла на поверхности горения с уве­личением содержания металла. Отличие распределения температу­ры по высоте пламени состава ПХА+ПММА от распределения температуры того же состава с добавкой алюминия связано с ин­тенсивными реакциями окисления алюминия в волне горения. В случае горения смесевых топлив с добавкой алюминия тем­пература пламени одиночной частицы алюминия составляет 3500±200 К [64] (при давлении 6 МПа).

Основные спектрально-оптические характеристики пламен со­ставов с добавкой А1 детально рассмотрены в работе [64].

Следующая страница – 28..