УДК

536.46

Сведения об авторах

Аксёнов Василий Викторович, Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова адрес: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 22; e-mail: vasvikaks@gmail.com 

Аннотация

В рамках реализации программы получения и преобразования водорода в режимах горения осуществлено исследование динамики процесса воспламенения твердого магния в водяном паре методом термографирования разогревающегося и воспламеняющегося образца. Установлено, что на начальном участке термограммы скорость химической реакции взаимодействия магния с водяным паром была невелика, и частица металла прогревалась от начальной температуры до температуры окружающей среды в основном за счет конвективного и радиационного теплообмена с газовым потоком и стенками реакционной камеры. В дальнейшем магний продолжал нагреваться за счет тепловыделения в химической реакции с водяным паром и отдавать энергию в окружающую среду. Затем наблюдался резкий рост температуры металла, и образец воспламенялся. Воспламенение магния всегда происходило при температуре, которая была ниже температуры плавления металла, что указывало на гетерогенный характер процесса предпламенного окисления и воспламенения твердого магния в водяном паре. При обработке экcпериментальных данных использовалась математическая модель процесса воспламенения твердого магния, которая учитывала конвективный и радиационный теплообмен частицы металла с окружающей средой, наличие теплоотвода по термопаре и тепловыделение в гетерогенной химической реакции взаимодействия металла с газообразным окислителем (водяным паром). Численный расчет по этой модели позволил уточнить кинетические параметры, определяющие характер взаимодействия твердого магния с водяным паром, рассчитать время индукции и критические температуры воспламенения магния в водяном паре и в парогазовых смесях. Показано, что в пределах точности расчета и погрешности эксперимента наблюдалась близость и соответствие расчетных и экспериментальных критических температур и задержек воспламенения для всей совокупности экспериментальных данных.

Ключевые слова

динамика воспламенения, время индукции, металл, газообразный окислитель.

Список литературы

1. Рогачов А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику. М., 2013. 400 с. 
2. Рогачов А.С., Мукасьян А.С. Экспериментальная проверка дискретных моделей горения микрогетерогенных составов, образующих конденсированные продукты сгорания // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51, № 1. С. 66−76. 
3. Baras F., Kondepudi D.K. A Multilayer Model for Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Intermetallic Compounds // J. Phys. Chem. B. 2007. V. 111. P. 6457−6468. 
4. Khina B.B., Formanek B. On Applicability of the Kinetics of Diffusion-controllend Interaction to SHS Modeling // Heat Transf. Res. 2007. V. 38, № 3. P. 197–209. 
5. Фоломеев А.И., Кольцов С.И. О механизме взаимодействия магниевых сплавов с водой // Журн. приклад. химии. 1989. Т. 62, № 3. С. 704−706. 
6. Бржустовский Т., Глассмен И. Парофазные диффузионные пламена при горении магния и алюминия // Гетерогенное горение. М., 1967. С. 91−163. 
7. Гольдшлегер У.И., Шафирович Е.Я. Режимы горения магния в оксидах углерода. 1. Горение в СО2 // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 35, № 6. С. 42−49. 
8. Гольдшлегер У.И., Шафирович Е.Я. Режимы горения магния в оксидах углерода. 2. Горение в СО // Физика горения и взрыва. 2000. Т. 36, № 2. С. 67−73. 
9. Гольдшлегер У.И., Амосов С.Д. Режимы горения и механизмы высокотемпературного окисления магния в кислороде // Физика горения и взрыва. 2004. Т. 40, № 3. С. 28−39. 
10. Гуревич М.А., Степанов А.М. Воспламенение металлической частицы // Физика горения и взрыва. 1968. Т. 4, № 3. С. 334−342. 
11. Деревяга М.Е., Стесик Л.Н., Федорин Э.А. Режимы горения магния // Физика горения и взрыва. 1978. Т. 14, № 5. С. 3−10. 
12. Фёдоров А.В., Тропин Д.А. Математическая модель воспламенения магния в расширенном диапазоне параметров // Физика горения и взрыва. 2008. Т. 44, № 5. С. 64−71. 
13. Фёдоров А.В., Шульгин А.В. Моделирование горения частицы магния // Физика горения и взрыва. 2009. Т. 45, № 6. С. 20−25. 
14. Шевцов В.И. Модель парофазного окисления частиц металлов // Физика горения и взрыва. 1996. Т. 32, № 3. С. 95−101. 
15. Cassel H.M., Liebman I. Combustion of Magnesium Particles II Ignition Temperatures and Thermal Conductivities of Ambient Atmospheres // Combustion and Flame. 1963. Vol. 7, № l. P. 79−81. 
16. Ягодников Д.А. Воспламенение и горение газодисперсных систем на основе металлических горючих // Законы горения / под. общ. ред. Ю.В. Полежаева. М., 2006. С. 160−183. 
17. Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов. М., 1965. 
18. Ежовский Г.К., Мочалова А.С., Озеров Е.С., Юринов А.А. Воспламенение и горение частицы магния // Горение и взрыв: материалы IV Всесоюз. симпозиума по горению и взрыву. М., 1972. С. 234−240. 
19. Аксёнов В.В. Использование метода малых возмущений для определения критических условий воспламенения металла в газообразном окислителе // Наука – Северному региону: сб. науч. тр. Архангельск, 2006. Вып. 67. С. 8–13. 
20. Аксёнов В.В. Влияние концентрации окислителя на критические условия воспламенения твердого магния в водяном паре // Проблемы теплоэнергетики Европейского Севера: сб. науч. тр. Архангельск, 2010. С. 25−32. 
21. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск, 1970. 416 с. 
22. Vargaftik N.B., Vinogradov Yu.K., Yargin V.S. Handbook of Physical Properties of Liquids and Gases. N.Y., 1996. 1359 с. 
23. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М.; Л., 1966. 535 с. 
24. Рейнор Г.В. Металловедение магния и его сплавов. М., 1964. 
25. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б. Математическая теория горения и взрыва. М., 1980. 478 с. 
26. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М., 1987. 500 с.