Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука Чернов Анатолий Альбертович

Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука
<
Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Чернов Анатолий Альбертович. Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука : Дис. ... канд. физ.-мат. наук : 01.04.17 Новосибирск, 2000 141 с. РГБ ОД, 61:00-1/885-0

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Механизм и химия горения конденсированных систем (литературный обзор). 6

1.1. Механизм горения смесевых конденсированных систем. 8

1.2. Исследование тепловой и химической структуры волны горения конденсированных систем на основе ПХА . 14

1.3. Обзор работ по исследованию горения слоевых систем на основе ПХА. 18

Глава 2. Методика изучения структуры пламен конденсированных систем 28

2.1. Подготовка образцов конденсированных систем и условия их горения. 28

2.1.1. Подготовка и условия горения смесевых составов. 28

2.1.2. Подготовка и условия горения слоевых систем. 29

2.2 Масс-спектрометрическое исследование пламен конденсированных систем. 31

2.2.1. Описание установки и методики эксперимента. 31

2.2.2. Метод количественного анализа многокомпонентной газовой смеси, содержащей СО, N2, С02, N20, NO. 34

2.2.3. Методика расшифровки масс- спектров проб по данным масс-спектрометрического зондирования пламен. 39

2.2.4. Методика расчета мольных долей по масс- спектрам. 43

2.2.5. Методика уточнения коэффициентов чувствительности веществ с использованием экспериментальных данных и уравнений материального баланса по элементам в конечных продуктах горения. 46

2.3. Методика исследования тепловой структуры волны горения слоевых и смесевых конденсированных систем. 54

Глава 3. Структура пламен гомогенизированных СТТ 57

3.1. Экспериментальные данные по структуре пламен различных составов. 57

3.1.1. Результаты экспериментов для состава близкого к стехиометрическому (состав "А"). 58

3.1.2. Результаты экспериментов для состава богатого горючим (состав "Б"). 64

3.2. Моделирование структуры пламен гомогенизированных составов. 68 3.2.1. Методика расчета структуры пламен гомогенизированных составов. 68 3.2.2.Выбор кинетического механизма. 69

3.2.3.Результат моделирования структуры пламен для составов "А" и "Б". 79

3.3. Установление механизма химических превращений в пламенах конденсированных систем на основе ПХА. 82

3.3.1. Влияние варьирования констант скоростей отдельных реакций на ширину зоны горения. 82

3.3.2. Краткое описание химических превращений в пламени КС на основе предложенного в данной работе кинетического механизма и результатов экспериментов. 90

3.3.3. Дальнейшее развитие механизма химических реакций и модели горения СТТ на основе представленных в диссертации результатов. 93

ВЫВОДЫ 96

Глава 4. Структура пламен слоевых конденсированных систем (СКС). 97

4.1. Структура поверхности горения СКС. 97

4.2. Химическая и тепловая структура пламен СКС. 105

4.3. Обсуждение результатов. Применение экспериментальных результатов исследования структуры пламён СТРТ. 121

Выводы 129

Заключение 130

Литература

Введение к работе

Горение смесевых твердых топлив (СТТ) и других конденсированных систем (к-систем) представляет собой взаимодействие сложных физико-химических процессов, идущих в конденсированной (к-фазе) и в газовой фазах. Наименее изученной стороной горения СТТ являются химические превращения, идущие вблизи контакта горючего и окислителя. Из-за малых размеров зон горения (десятки - сотни микрон) экспериментальное изучение реальных СТТ крайне затруднено. Модельные СТТ существенно упрощают решение этих задач. Целью данной работы являлось изучение химических процессов в пламенах модельных СТТ и слоевых систем на основе перхлората аммония (ПХА) и полибутадиенового каучука с карбоксильными концевыми группами (ПБК).

Для изучения механизма и кинетики химических реакций использовался подход, включающий экспериментальное исследование структуры пламени гомогенизированного СТТ и её теоретическое моделирование на основе решения уравнений течения реагирующего многокомпонентного газа с учетом многостадийного кинетического механизма. Моделирование взаимодействия микропламен, имеющего место при горении реального СТТ, осуществлялось путем исследования химической структуры слоевых конденсированных систем (СКС). Геометрическая упорядоченность расположения компонент в слоевых системах, состоящих из чередующихся слоев окислителя и горючего, значительно упрощает изучение горения таких систем. В то же время это позволяет понять и смоделировать влияние дисперсности окислителя на скорость горения реальных СТТ.

Диссертация состоит из четырех глав.

В первой главе дан обзор литературы по горению смесевых и слоевых систем на основе ПХА, на основании анализа которых сделаны выводы об отсутствии в литературе данных по исследованию химии горения, структуры пламени СТТ на основе ПХА и необходимости таких исследований для разработки моделей горения

Во второй главе дано описание методики изучения структуры пламен конденсированных систем.

В третьей главе дано описание результатов экспериментов по исследованию структуры пламен гомогенизированных составов и результатов их математического моделирования. Предложено краткое описание химических превращений в пламени СТТ на основе анализа и сопоставления результатов эксперимента и моделирования.

В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования тепловой и химической структуры пламен слоевых систем, а также структуры их поверхности горения.

Программа для математического моделирования горения смесевых и слоевых систем создана Ермолиным Н.Е. Им же проведены расчеты по моделированию структуры пламени слоевых и смесевых систем, за что автор приносит ему благодарность.

Исследование тепловой и химической структуры волны горения конденсированных систем на основе ПХА

Считается, что наиболее эффективным методом исследования химической структуры пламен при горении газов [8, 36-41] является зондовый масс- спектрометрический метод. И именно он используется в этой работе. Это связано с возможностью качественного и количественного изучения газофазных реакций. Метод масс-спектрометрического зондирования пламён конденсированных систем был разработан [70] в Институте химической кинетики и горения РАН. Этот метод в дальнейшем был создан и успешно используется в группе Т.Литцингера в Университете Пенсильвании (США) [37]. Здесь исследовалась структура пламени СТРТ включающих ПХА и полибутадиеновый каучук (ПБК) с использованием кварцевых зондов, представляющих из себя кварцевые трубки с общим диаметром менее 5 мм, высотой 6 мм, конусом с внутренним углом 30-ь45 градусов и отверстием при вершине 25 микрон [37]. Горение СТРТ при атмосферном давлении дополнительно поддерживалось с помощью С02 лазера. В качестве анализатора использовался квадрупольный, а затем трипольный масс-спектрометр. С помощью этой методики были также определены основные пики масс и соответствующие им возможные продукты присутствующие при пиролизе ПБК в воздухе при атмосферном давлении под действием лазерного излучения : СН4, н2о, со, с2н4, сн2о, с3н4; С3Н6, С4Н6, С4Н8, С5Н6, С6Н8, С7Н8, со2. Основными первичными продуктами разложения ПБК являются мономер С4Н6, 1,3-цикл опентадиен С5Нб и С3Н4.

Ключевая роль в горении ПХА и СТРТ на его основе принадлежит реакциям хлорной кислоты. В диссертации, для обсуждения механизма горения КС привлекаются результаты исследования пламён хлорной кислоты в смеси с газообразным модельным горючим и аммиаком [38,40,41].

В отличии от ПХА смесевые системы на его основе изучены значительно меньше [9,48] в части химизма процесса. Попытка зондирования СТРТ была осуществлена в работе [24]. Были определены профили температуры и концентраций продуктов сгорания с использованием масе-спектрометрии. Однако отсутствие экспериментов по обоснованию масс-спектрометрического метода исследования структуры пламён не позволяют использовать результаты этой работы в качестве основных. Они могут дать только предварительную информацию. Профиль концентраций реагирующих компонент в пламени предварительно подогретого ПХА впервые был измерен в [8,43]. Для этого был применён масс- спектрометрический зондовый метод. Продукты реагирования из зоны горения отбирались с помощью кварцевого зонда и доставлялись в детектор время-пролетного масс-спектрометра. Горящий образец, при этом, подавался с постоянной скоростью, большей скорости горения, что позволило неподвижному зонду с некоторой скоростью "пройти" все зоны горения, непрерывно отбирая пробу. Температурные профили получены с помощью микротермопар с погрешностью не более 2,5%, концентрационные - не более 10%, причем: чем дальше от поверхности горения, тем точность возрастает, достигая 3% (по разбалансу элементов N, Н, С1, О). Обоснованность методики зондовых масс-спектрометрических измерений структуры пламён КС вытекает из работ [39,44,45]. В пламени предварительно подогретого ПХА обнаружены следующие компоненты: Н20, N20, N02, N2, NO, 02, Cl2, C102, ClOH, NH3. Профили концентраций компонент были использованы при рассмотрении механизма горения ПХА и СТТ на его основе. Примером могут служить работы [8,46]. В них на основе данных работы [8] разработан химический механизм горения ПХА [46] с выделением существенных стадий процесса.

Наличие тех или иных продуктов в волне горения СТРТ можно определить другими методами. В литературе имеется ряд работ [33,34,47,48] по изучению эмиссионных спектров продуктов горения различных смесевых составов на основе ПХА. С помощью спектроскопического метода обнаружены спектральные линии и полосы в пламени ПХА с полимером, соответствующие С02, СО, С2, NO, 02, CN, ОН, N2, Н2, CL2, N02, СН, Н20. Получены качественные профили концентраций этих компонент по высоте пламени. Как показывают спектроскопические исследования [34] профиль концентрации CN, вероятно, проходит через максимум и имеет значительную пространственную протяженность (от 0,2 до 2 мм) первичной зоны реакции при атмосферном давлении. Количественные данные получены не были. Тем не менее из этих работ следует важный вывод: реагирование продуктов газификации СТРТ происходит в непосредственной близости от поверхности горения. Уже упомянутая работа Эдвардса [34] является одной из наиболее детальных работ по исследованию горения СТРТ спектроскопическими методами. Успешно исследованы топлива на основе октогена, нитрата аммония, нитроглицерина. Результаты работы использованы для моделирования химической структуры пламен. Однако, исследование пламени смесевых составов на основе ПХА встретило значительные трудности. В этой работе изучалось горение образцов СТРТ размером 7x7x70 мм, содержащих 87% и 68% крупнодисперсного (400 мкм) и мелкодисперсного (20 и 2 мкм) ПХА, полибутадиеновый каучук 13% и 16%, алюминий 0% и 16%о соответственно. Использовались методы лазерной индуцированной флуоресценции (ЛИФ) и комбинационного рассеивания (КАРС). Пространственная разрешающая способность варьировалась от 100 до 1000 мкм для получения хорошей чувствительности. Измерены спектры излучения продуктов горения при давлениях 1V70 атм. Зафиксировано излучение СН, NH, CN с пространственной разрешающей способностью 500 мкм. Было замечено быстрое падение интенсивности сигналов в пламени при горении выше 5 атм при неизменной толщине зоны реагирования. Связь температуры-с радикалами определить не смогли. Результаты следует считать качественными. Это связано с плохой разрешающей способностью, геометрическим затемнением луча лазера у поверхности и, как следствие, неточностью определения поверхности горения. Между тем при скорости горения 1,7 мм/с, частота сбора данных приемлема и составляет 75 Hz. Для определения тепловой структуры использовались незначительные добавки Na интенсивность излучения которого, в пламени, позволяет получить разрешающую способность до 100 мкм.

Масс-спектрометрическое исследование пламен конденсированных систем.

Выбор оптимального состава образца слоевой системы производился с учетом следующих факторов:

1. Поверхность потушенного образца должна быть, по возможности, гладкой, т.е. пластины ПХА не должны сильно выступать над пластинами горючего. Это затруднило бы зондирование пламени СКС и не отражало бы реальной структуры поверхности горения СТРТ. 2. Не должно происходить забивания отверстия кварцевого пробоотборника частицами сажи при зондировании в области соприкосновения ПХА и горючего и в области, примыкающей к поверхности горючего. 3. Кончик кварцевого зонда не должен плавиться из-за большой температуры пламени слоевой системы (более 2000 С).

Для преодоления указанных трудностей производилось сжигание образцов слоевых топлив с различным содержанием ПХА в смеси с горючим и различным суммарном соотношением ПХА и ПБК. Все образцы готовились по вышеуказанной методике. Профили поверхности горения после тушения сбросом давления фотографировались. Для оценки устойчивости зонда к высокой температуре использовались различные его виды, т.е. видоизменялись его размеры, толщина стенок и диаметр входного отверстия.

Исследование структуры пламени чистого октогена при низком давлении, как и ПХА, без подогрева невозможно. Предложенный в данной работе тип слоевых систем позволяет получить экспериментально смоделировать горение частицы октогена в окружении «активного» связующего. Низкое давление позволяет существенно расширить практически все зоны горения, что в свою очередь позволяет изучить их тепловую и химическую структуру доступными средствами измерения с высокой точностью. Одновременно с уменьшением давления подбираются размеры слоев для получения сравнимых с зонами горения размеров частиц ПХА и октогена, в качестве которых выступают их слои. Состав слоев, размеры слоев и условия горения слоевой системы на основе октогена подбирались с учётом тех же принципов, что и для слоевой системы на основе ПХА. Слоевая система состоящая из слоев октогена плотностью 1.8 г/см3 и слоев «основы» (73% ПХА и 27% ПБК) имела следующие размеры hm=1.0 мм, hc=l.l мм. Суммарное соотношение компонент: 52.7%(октоген), 34.5%(ПХА) и 12.8%(ПБК). Горение такой системы при внешнем давлении в реакторе 0,53 атм и комнатной температуре происходит со скоростью 0,65 мм/с с образованием большого количества сажи. При интерпретации таких данных могут возникать большие трудности. Однако полученные результаты представляют интерес с точки зрения изучения структуры пламени октогена.

Химическая структура пламен образцов смесевых и слоевых систем исследовалась описанным ранее в [8,?0.?Л] методом масс- спектрометрического зондирования пламен конденсированных систем с вводом замороженной пробы в ионный источник времяпролетного масс- спектрометра в виде молекулярного потока. Схема установки приведена на рис. 2.2. Отбор пробы производился с помощью кварцевого пробоотборника, имеющего форму конуса. Его параметры для каждого образца в незначительных пределах изменялись и описаны выше. Толщина стенок пробоотборника у вершины конуса выбиралась оптимальной в результате исследований - достаточно тонкой для малости тепловых возмущений пламени и достаточно толстой для исключения заплавления отверстия кварцевого зонда - пробоотборника: уменьшение толщины стенки до величины 150 мкм приводило к заплавлению пробоотборника в экспериментах с «сэндвичами». Отобранная проба попадает в ионный источник масс-спектрометра. Давление в ионном источнике во время экспериментов составляло несколько микроторр. Контроль за чувствительностью масс-спектрометра осуществлялся с помощью независимой подачи аргона в высоковакуумную камеру анализатора масс-спектрометра МСХ-3.

Регистрация масс-спектра производилась с помощью аппаратуры КАМАК управляемой компьютером ДВК-2 и частично с помощью кинокамеры «КОНВАС» с полной регистрацией спектра со скоростью от 8 до 14 кадров в секунду.

Скорость перемещения образца устанавливалась из расчета достижения зондом поверхности горения с помощью системы сканирования, изготовленной с использованием шагового двигателя с передачей движения через вакуумный сальник. Один шаг устройства дает перемещение образца на 1,25 мкм. Количество шагов в секунду и соответственно скорость перемещения задавались генератором Г5-54. Зондирование начиналось при положении поверхности горения на расстоянии 3 мм от кончика зонда, что фиксировалось с помощью микроскопа. Для всех результатов погрешность определения поверхности горения составляет ±15 мкм.

Применяемый для зондирования пламени пробоотборник в своей конструкции имел изменяемую часть, которая в зависимости от постановки задачи имела различный вид. На рис.2.3 показаны три варианта этой части пробоотборника.

Результаты экспериментов для состава близкого к стехиометрическому (состав "А").

Для установления механизма химических реакций в пламени СТТ предварительно исследовался полный конечный состав продуктов сгорания и его зависимость от состава смеси. Сжигание образцов производилось при давлении 0,26 атм в токе гелия. Улавливались и анализировались все компоненты пламени, вплоть до образующихся аэрозолей: сажи и хлористого аммония. Результат и описание методики этих исследований приведены в главе 2, таблице 2.8. Важной особенностью этих результатов является обнаружение увеличения содержания аммиака в конечных продуктах с увеличением содержания горюче-связующего (ПБК) в смеси. Этот результат подтверждается двумя независимыми методами исследования. Кислород в продуктах сгорания практически отсутствует. Содержание водорода с изменением состава образца изменяется слабо. Сильно изменяется соотношение между СО и N2. Содержание С02 с уменьшением количества кислорода в начальной смеси падает, в то время как концентрация СО увеличивается. Для СТТ, богатых горючим, характерно появление в продуктах горения HCN и С2Н2 . Практически отсутствуют соединения хлора, кроме хлористого водорода. Концентрация НС1 прямо зависит от начальной концентрации ПХА. Содержание окислов азота с увеличением содержания ПБК уменьшается. Это вместе с увеличением концентрации аммиака указывает на то, что активность окислов хлора в окислении углеводородов в пламени значительно выше их активности в окислении аммиака. Это подтверждает одну из гипотез, положенных в основу модели горения БДП.

Важнейшие результат - обнаружение конкуренции в скорости расходования аммиака и углеводородов, полученные при исследовании конечных продуктов сгорания, - подтверждается при масс- спектрометрическом исследовании структуры пламени состава «А». Образец исследовался на автоматизированном с помощью ДВК масс- спектрометрическом комплексе при давлении 0,08 атм в токе гелия. Результат этих исследований представлен рисунках 3.1.-3.4. Концентрация стабильных веществ на расстоянии более 3 мм близка к составу конечных продуктов сгорания, полученных для этого образца при более высоком давлении: 0,26 атм. Температура отходящих газов, быстро нарастая на расстоянии до 1 мм, на 3 мм составляет более 2000 К. Температура поверхности образца составляет 780 К.

Состав истекающих с поверхности горения газов показывает наличие интенсивных химических процессов в к-фазе образца. Газофазная часть процесса горения СТТ представляет собой горение смеси горючих компонент -аммиака и бутадиена - с хлорсодержащими окислителями. Бутадиен является основным продуктом термической деструкции полибутадиенового каучука. Процесс термического разложения ПБК происходит интенсивно уже при 200С. Значительное количество СО и С02 у поверхности образца говорит об интенсивном взаимодействии хлорной кислоты с ПБК в к-фазе. В газофазной части пламени бутадиен быстро разлагается с образованием различных углеводородов, которые в свою очередь претерпевают химические превращения с образованием ацетилена. Из рис.3.1. видно, что основное нарастание температуры совпадает с убылью НСЮ4 и СЮг Это говорит об основной роли окислов хлора в качестве окислителей вблизи поверхности горения образца. В этой же зоне происходит образование молекулярного кислорода, по-видимому, в результате разложения хлорной кислоты. Профиль его концентрации имеет максимум на расстоянии 1 мм. В дальнейшем концентрация кислорода медленно падает. Так же постепенно растёт температура. Это может говорить о том, что дальняя зона обусловлена реакциями кислорода с углеводородами, водородом и СО.

В качестве горючего, в ближней зоне, вместе с бутадиеном выступает аммиак. Зона его интенсивного реагирования также не превышает 1 мм. В отсутствии окислов хлора скорость окисления аммиака резко замедляется. Его неполное сгорание, несмотря на высокую температуру, подтверждается анализом конечных продуктов сгорания другими методами. В то же время, при более низкой температуре, при горении чистого ПХА , происходит практически полное его окисление. В результате различных реакций, из аммиака образуются окислы азота и молекулярный азот (см. рис.3.2). Окись азота имеет максимум на расстоянии 1,25 мм, совпадающий с расстоянием на котором исчезает N02. Из-за сложности процесса разделения интенсивности пика с массой 44 на интенсивности пиков соответствующих N20 и С02, точность определения полученного профиля мольной доли N20 низкая. Образование N02 так же как и N20 в первую очередь происходит в к-фазе при разложении ПХА. Окись азота образуется в газовой фазе при горении аммиака, разложении N20 и N02. В дальней зоне пламени по замедлению изменения концентраций продуктов горения можно видеть постепенное установление равновесия между азотсодержащими компонентами пламени с образованием конечного продукта -азота. Результатом взаимодействия окислов азота с углеродсодержащими продуктами является HCN. Его количество на расстоянии 3 мм составляет 4%. Нарастание концентрации этого вещества происходит в ближней зоне пламени. У поверхности HCN имеет концентрацию порядка 2%, что указывает на интенсивное взаимодействие ПБК с первичными продуктами деструкции ПХА в к-фазе. Результатом этого взаимодействия также является образование СО и С02. Их концентрация у поверхности образца составляет 6% и 4%. На Рис.3.3. показан профиль концентрации С4Н6 (бутадиен), который является основным звеном полимерной цепочки каучука. Он образуется после разрыва полимерных связей этой цепи, в результате термической и химической деструкции ПБК. Бутадиен, в виде газа, истекает с поверхности образца. Зона его окисления в газовой фазе не превышает 0,9 мм. Основными конечными стабильными продуктами этого процесса являются ацетилен, водород, СО и С02.

Обсуждение результатов. Применение экспериментальных результатов исследования структуры пламён СТРТ.

В пламени СТТ на основе ПХА и ПБК в предложенном механизме существуют два конкурирующих между собой пути реагирования СЮ и С1 (основных промежуточных продуктов распада хлорной кислоты и двуокиси хлора) с аммиаком и бутадиеном с образованием радикалов NH2 и п-С4Н5: 1) С4Н6 + СЮ = п-С4Н5 + СЮН, С4Н6 + CI = n-C4H5 + НС1; 2) NH3 + СЮ = NH2 + СЮН, ( ) NH3 + C1 = NH2 + HC1. При этом первый путь преобладает над вторым, и если С4Н6 реагирует полностью, то распад NH3 тормозится в результате уменьшения концентрации СЮ после распада НСЮ4. Отметим, что реакция NH3 с С1 идут быстрее, чем с СЮ. Однако, ввиду большой концентрации NH2 распад NH3 тормозится протеканием реакции NH3+C1=NH2+HC1 в обратном направлении.

Радикал п-С4Н5 по реакции изомеризации быстро превращается в радикал i-C4H5, так что концентрация последнего много больше, чем первого. Существуют два параллельных пути расходования: І-С4Н5- С2Н2 + С2Н3, і-С4Н5 + СЮ - С4Н4 + СЮН. Расходование С4Н4 осуществляется по следующим стадиям: С4Н4 + Н — С2Н2 + С2Н3, С4Н4 + N02 - СН2СО + HCN + НСО. В результате последующих реакций из СН2СО и С2Н3 образуются СН20 и НСО: СН2СО + ОН = СН20 + НСО, С2Н3 + 02 = СН20 + НСО.

Распад СН20 приводит к образованию СО и Н2. В условиях эксперимента (достаточно низкие температура и давление) С2Н2, Н2 и HCN расходуются с малой скоростью (в основном в реакциях с ОН).

Во втором пути, как уже отмечалось, ведущую роль играет NH2, имеющий максимальную концентрацию среди радикалов. Он реагирует по следующим реакциям с образованием N2H и HNO (реакции разветвления цепи): NH2 + 02 - HNO + ОН, NH2 + NO - N2H + ОН. N2H реагирует с NO, в результате чего образуется N2 и радикал HNO. Последний в результате реакции рекомбинации с другими радикалами (ОН, Н) приводит к образованию Н2, Н20, N0 либо реагирует с НСЮ4 в конкуренции с радикалом НСО с образованием СЮ3: НСО + НС104 - СЮ3 + СО + Н20, HNO + НСЮ4 -» СЮ3 + N0 + Н20. Распад СЮ3 приводит к регенерации радикала СЮ и образованию 02: СЮз - СЮ + 02.

Основная часть СЮ реагирует с СО по реакции ( ) с образованием С02 и регенерацией С1. На упрощенной схеме, приведенной на рис.3.19, представлены основные пути химических процессов в исследованном пламени. Следует отметить, что при изменении условий эксперимента (давление, соотношение между окислителем и горючим в образце смесевого состава и др.) эта схема может видоизмениться.

Анализ полученных в результате расчётов данных показывает, что градиент температуры вблизи поверхности горения и ширина зоны горения особенно чувствительны к изменению констант скорости следующих реакций:

Трудности в описании структуры пламени двух составов одним и тем же набором констант связаны с изменением механизма реакций при переходе к низким давлениям и неточностью набора кинетических данных. Этот вопрос может быть решён при появлении в литературе новых сведений о ведущих стадиях предложенного механизма химических реакций в пламени СТТ. Однако приведенная на рис.3.19 схема химических превращений основных компонент в исследованных пламенах, полученная в результате анализа вкладов стадий в образование и расходование этих компонент, позволяет понять механизм и основные пути химических превращений в пламенах СТТ на основе ПХА и углеводородного связующего. Полученные данные могут быть использованы при создании модели горения СТТ на основе ПХА, а также при исследовании механизма и кинетики химических реакций в пламенах газообразных и конденсированных систем, содержащих элементы N, Н, С1, С, О.

Представленные в диссертации результаты были использованы Бекстедом и соавторами для моделирования гомогенизированного СТТ на основе ПХА в работе [35]. На основе разработанной ими модели горения чистого ПХА была также разработана модель горения гомогенизированного

СТТ, способная предсказывать скорость горения, температурный профиль в газовой фазе, конечную температуру пламени и зависимость скорости горения от начальной температуры. К предложенному в диссертации газофазному кинетическому механизму Бекстед и соавторы добавили 8 брутто реакций, идущих по их предположению в конденсированной фазе вблизи поверхности горения. Результаты расчёта они сравнили с экспериментальными данными по профилям температур, представленными в диссертации, и данными Кинга [106] по скорости

Похожие диссертации на Изучение структуры пламен конденсированных систем на основе перхлората аммония и полибутадиенового каучука