Условия нарушения устойчивого горения. Особенности конвективного горения

НГ наблюдается лишь при определенных Р_ср и соответственно скорости распространения u_ср, после превышения которых зависимость u = f(P) претерпевает резкое изменение. Эти величины называют давление и скорость срыва НГ.

U Очень часто срыв НГ приводит к рез кому росту

давления в объеме содержащем заряд ВВ средней

Р скорости горения и как следовательно давления к

появлению неустойчивого распространения зоны реакции и обычно возникновению такой неустойчивости горения приводит к взрыву. Срыв НГ объясняется появлением иного механизма передачи тепла от продуктов горения к исходному веществу, отличного от молекулярной теплопроводности. Ландау показал, что медленное горение с молекулярной теплопроводностью по своей природе является неустойчивым и вследствие этого возникает турбулентность течения, приводящее к сильному перемешиванию газов и ускорению передачи тепла за счет конвективного механизма. При горении жидкости наличие поверхностного натяжения, поля тяжести создают условия не турбулентного движения границы продуктов горения и жидкости, когда случайное появление на поверхности жидкости волн не сопровождается ростом их амплитуды. Такая картина послойного НГ по Ландау возможна при массовой скорости горения меньше скорости срыва.

а – коэффициент поверхностного натяжения жидкости ~10^-12 Н/м

Вязкость жидкости способствует стабилизации поверхности жидкости и в случае малого поверхностного натяжения становится преобладающим фактором. В этом случае срыв нормального, не турбулентного горения наступает при скорости большей чем u_мср

- уравнение Левича

h - вязкость жидкости (для ЖВВ несколько десятков пуаз).

Андреев показал, что у большинства ВВ величины, входящие в правую часть равенства Ландау мало отличаются друг от друга, поэтому для большинства из них предельное значение скорости горения U_м = 0,25 г/см² < U_m с при температуре воспламенения:

ТЭН 0,096

Гексоген 0,084

Тетрил 0,04

НГЦ 0,5

Расчетное значение давления и скорости срыва хорошо согласуется с экспериментом, поэтому автотурбулизация поверхности жидких ВВ - основной механизм срыва послойного горения. При Р > Р_срыва горение сопровождается сильным волнообразным искривлением поверхности жидкости. Наличие волн приводит к срыву капель ВВ с поверхности, уносу их в газовое пламя, где они и догорают, растет поверхность теплообмена между продуктами горения и ВВ. Это приводит к росту скорости распространения химической зоны, горение становится не послойным, а турбулентным. Следует также отметить, что срыв НГ, турбулизация поверхности не обязательно приводит к ускорению горения. Общим является появление пульсирующего характера процесса. Появление пульсации может приводить не только к срыву НГ, но и к затуханию ВВ вовсе, поскольку может наблюдаться разрушение прогреваемого слоя ВВ, в котором происходит его «подготовка» к собственно горению, делая его невозможным.

g

Наиболее общим и характерным механизмом срыва послойного НГ твердых ВВ является механизм проникания горения в поры. Давление газа в поре между зернами вначале равно внешнему давлению. Вследствие того, что плотность газов, образующихся на поверхности газификации намного меньше плотности исходного конденсированного ВВ. продукты газификации интенсивно оттекают. Из гидродинамики известно, что столкновение струй приводит к образованию двух новых струй, движущихся в противоположные стороны и их масса определяется углом столкновения g. Появляется струя, направленная в глубину поры. При этом частицы струй до их столкновения проходят определенное расстояние, на котором идет их реагирование, соответственно растет температура, т.е. внутрь поры идет газ с более высокой температурой, чем у поверхности газификации. Горячий газ, проникая в пору нагревает ее поверхность, но сам при этом остывает. Из-за остывания газов в поре создается разрежение и это приводит к дополнительному всасыванию высокотемпературных продуктов горения внутрь поры. Т.о. при горении пористого заряда происходит самопроизвольное образование струй, втекающих в поры, растет поверхность горения. При определенных условиях нагрев поверхности зерен втекающим разогретым газом может привести к их воспламенению. КГ, возникающее после срыва послойного горения, в зависимости от условий сжигания пористого заряда ВВ может ускоряться, либо замедляться, либо распространяться с практически постоянной скоростью. Первые два случая требуют анализа газоприхода и газоотвода реализуемых при сжигании ВВ; последний режим называется квазистационарным КГ и обычно наблюдается в условиях, соответствующих опыту в бомбе постоянного давления.

Особенности КГ

При НГ массовая скорость либо не зависит от плотности заряда при газофазном горении, либо растет с плотностью при горении в К-фазе. При КГ же зависимость сложнее, а именно, сначала с ростом плотности массовая скорость горения растет, а затем, достигнув max падает. При НГ диаметр заряда мало влияет на скорость горения, т.к. за счет боковых теплопотерь скорость может уменьшиться в раз, после чего горение становится вообще невозможным. Скорость КГ существенно зависит от диаметра заряда, что связано с наложением на тепловые процессы чисто газо-механических процессов. Имеющие экспериментальные данные показывают, что при росте давления наблюдается понижение эффекта конвективного сгорания ВВ. Это объясняется разбавлением ВВ сжатым газом в порах, так и замедлением скорости фронта воспламенения ВВ в порохах вследствие изменения условий втекания продуктов горения в поры.