Химическая физика

Проведены исследования ударно-волновых свойств образцов эмульсионных взрывчатых веществ на основе аммиачной селитры с различной (от 0 до 4 вес. %) концентрацией в них полых стеклянных микросфер. Ударные волны в исследуемых образцах создавались алюминиевыми пластинами, разогнанными продуктами взрыва до скоростей от 0.6 до 5 км/с. Волновые профили скорости измерены с использованием лазерного доплеровского интерферометра VISAR на границе с водяным окном, либо при выходе ударной волны на свободную поверхность. Получены ударные адиабаты исследованных составов. Сделана оценка зависимости скорости звука от давления в эмульсионной матрице. При низких давлениях в смеси эмульсионной матрицы с микросферами наблюдается формирование двухволновой конфигурации. Показано, что с увеличением концентрации стеклянных микросфер порог возбуждения взрывчатого превращения резко снижается и при 4%-ном содержании его величина становится менее 1.1 ГПа.

Проведен анализ результатов исследований по поглощению серы с помощью добавок мрамора в шихту при фильтрационном горении различных видов сернистых топлив и отходов. Показано, что при горении топлив, содержащих сульфиды металлов и органические соединения серы, добавка мрамора позволяет значительно (в 2–3 раза) увеличить долю серы, переходящую в твердые продукты сгорания, тогда как для топлив, содержащих сульфаты металлов, аналогичная добавка мрамора способствует повышению содержания серы в твердом остатке всего лишь на 25–30%.

Выполнено численное моделирование ламинарной скорости пламени в стехиометрической смеси водорода с воздухом и парами воды с добавлением небольшого количества пропана при начальной температуре 323 К и нормальном (1 атм) давлении. Установлено, что даже в небольших концентрациях пропан является эффективным ингибитором процессов горения смесей водорода. Проведен анализ чувствительности и определены ключевые химические реакции, влияющие на формирование величины ламинарной скорости пламени. С помощью правила Ле Шателье показано, что даже незначительные добавки пропана способны существенным образом изменять состав смеси, а именно ее суммарный коэффициент избытка топлива, что также может влиять на скорость пламени.

Проведено численное моделирование формирования и распространения детонационной волны с обратной кривизной фронта при многоточечном инициировании цилиндрического заряда взрывчатого вещества. Модули инициирования отпечатаны на 3D-принтере из инертного материала. На основе специально проведенных экспериментов уточнены параметры уравнений состояния используемого взрывчатого вещества и материала линзы. Моделированием выявлены основные особенности работы одиночного модуля инициирования и в составе экспериментальной сборки и получено экспериментальное подтверждение формирования “гладкой” детонационной волны с обратной кривизной фронта.

Проведена термодинамическая оценка условий получения синтез-газа при высокотемпературной конверсии отработанных масел с помощью метода минимизации свободной энергии Гиббса. Определены оптимальные условия для максимальной концентрации водорода при образовании минимального количества кокса. Расчеты равновесного состава продуктов выполнены при атмосферном давлении с варьированием коэффициента избытка топлива и количества паров воды. Результаты показывают, что оптимальными условиями при паровоздушной конверсии отработанного масла являются следующие: коэффициент избытка топлива, равный 3.5, и мольное отношение паров воды к кислороду, равное 0.2. При этих условиях не происходит коксообразование, а концентрации водорода и монооксида углерода в газе равняются 27.5 и 28.4% соответственно.

В работе на основе детального численного анализа исследована динамика горения внутри ограниченного объема, заполненного предварительно перемешанными водородно-воздушными смесями, близкими по составу к нижнему концентрационному пределу горения. Проведено сравнение особенностей развития горения в зависимости от механизма его инициирования: от точечного источника или путем непрерывного подвода тепла от нагретой области на стенке реактора. Показано, что при точечном воспламенении полнота сгорания водорода существенно ниже, чем при непрерывном подводе тепла от стенки. Также получено, что, несмотря на малую химическую активность ультрабедных смесей водорода с воздухом, процесс горения имеет положительный баланс между энерговыделением в ходе химических реакций и теплотой, подводимой в реактор от нагретой стенки.