УДК

536.46

Сведения об авторах

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

Аннотация

Экспериментально и аналитически исследован процесс воспламенения диспергированного магния в водяном паре. В эксперименте в контролируемых условиях по температуре и расходу окислителя (водяного пара) находились критические температуры воспламенения диспергированного металла (тонкодисперсной стружки магния толщиной 0,07 мм), предел воспламенения которого определялся по резкому увеличению времени задержки воспламенения вблизи критической температуры. Аналитически критические температуры воспламенения магния в водяном паре рассчитывались по математической модели, согласно которой диспергированный магний рассматривался как совокупность частиц, равномерно распределенных в газовом объеме и представляющих собой систему с объемными источниками тепловыделения, мощность которых зависит от концентрации частиц металла и их размеров. При этом предполагалось, что такие частицы участвуют в конвективном и радиационном теплообмене между собой и окружающей средой при наличии химической реакции взаимодействия магния с водяным паром, протекающей на их поверхности. Показано, что при известной кинетике, определяющей скорость взаимодействия металла с газообразным окислителем, математическая модель, используемая в работе, позволяет производить количественные расчеты критических температур воспламенения диспергированного металла или макрокинетических констант по известным из эксперимента критическим температурам. Установлено, что воспламенение диспергированного магния в водяном паре происходит гетерогенно. При этом если интенсивность внутреннего теплообмена между диспергированным магнием и водяным паром в газодисперсной системе оказывается гораздо меньше интенсивности теплообмена системы с окружающей средой, то уравнение, определяющее критические условия воспламенения диспергированного магния в водяном паре, переходит в уравнение, определяющее критические условия воспламенения отдельного образца в этом окислителе.

Ключевые слова

воспламенение, время индукции, диспергированный магний, газообразный окислитель.

Список литературы

1. Рогачов А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику. М., 2013. 400 с. 
2. Baras F., Kondepudi D.K., Bernard F. Combustion synthesis of MoSi2 and MoSi-Mo5Si3 composites: Multilayer modeling and control of the microstructure // J. Alloys Compounds. 2010. Vol. 505. P. 43–53. 
3. Фоломеев А.И., Кольцов С.И. О механизме взаимодействия магниевых сплавов с водой // Журн. приклад. химии. 1989. Т. 62, № 3. С. 704–706. 
4. Аксенов В.В., Юлкова В.М. Динамика процесса воспламенения частицы магния в водяном паре // Вестн. Сев. (Арктич.) федер. ун-та. Сер.: Естеств. науки. 2015. № 4. С. 111−118. 
5. Бржустовский Т., Глассмен И. Парофазные диффузионные пламена при горении магния и алюминия // Гетерогенное горение. М., 1967. С. 91−163. 
6. 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. 
7. 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. 
8. 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. 
9. Гуревич М.А., Степанов А.М. Воспламенение металлической частицы // Физика горения и взрыва. 1968. Т. 4, № 3. С. 334−342. 
10. Деревяга М.Е., Стесик Л.Н., Федорин Э.А. Режимы горения магния // Физика горения и взрыва. 1978. Т. 14, № 5. С. 3−10. 
11. Федоров А.В., Тропин Д.А. Математическая модель воспламенения магния в расширенном диапазоне параметров // Физика горения и взрыва. 2008. Т. 44, № 5. С. 64−71. 
12. Федоров А.В., Шульгин А.В. Моделирование горения частицы магния // Физика горения и взрыва. 2009. Т. 45, № 6. С. 20−25. 
13. Шевцов В.И. Модель парофазного окисления частиц металлов // Физика горения и взрыва. 1996. Т. 32, №3. С. 95−101. 
14. 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. 
15. 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. 
16. Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов. М., 1965. 
17. Ежовский Г.К., Мочалова А.С., Озеров Е.С., Юринов А.А. Воспламенение и горение частицы магния // Горение и взрыв: материалы IV Всесоюз. симп. по горению и взрыву. М., 1972. С. 234−240. 
18. Франк-Каменецкий Д.А. Основы макрокинетики. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М., 2008. 
19. Озеров Е.С. Основы теории воспламенения газодисперсных систем. Л., 1978. 
20. Vargaftik N.B., Vinogradov Yu.K., Yargin V.S. Handbook of Physical Properties of Liquids and Gases. N.Y., 1996. 
21. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М.; Л., 1966. 
22. Рейнор Г.В. Металловедение магния и его сплавов. М., 1964. 
23. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск, 1970.