Введение к работе
l/lKTSEEIih
і > і ктуальность темы. В технике и технологии существует-ряд МрЙЙ&ов, в которых происходит высолотешературвое окисление, свДОЩМ1 ВНоНИв и горение частиц твердых топлиз, в частности, металлических частиц.
В химической технологии примерами таких процессов являются производство водорода иг угля териоолнслительныи иетодои, производство хлоридов металлов, используемых для очистки еоды и нефтепродуктов»
Значительный интерес к проблемам воспламенения и горения частиц твердых топлиз зозникает при разработке топочных устройств в энергетике, а такзе в связи с обеспечением пожаро- и взрыво-оезопасносги технологических производств.
Осооый интерес к исследованиям проблей воспламенения и горения частиц металлов возникает в связи с их использованием в качестве энергетических добавок к твердый ракетный топливаа, в пиротехнических составах и в импульсных геофизических ЫГД-генераторах. При этом, наряду с определением времени сгорания частиц, для практики существенное значение ииеет определение дисперсности образующихся конденсированных продуктов сгорания, например, для оценки двухфазных потерь удельного импульса ракетных двигателей на твердом топливе.
Использование частиц твердых топлив в технологических процессах и технических устройствах требует детального исследования механизма и основных закономерностей их окисления и горения. Для описания процесса горения частиц твердых топлив в настоящее время широко используется, в частности, теория горения капель жидких топлив, которая требует уточнений и изиенении, прекде всего, вследствие существенно более высоких теалерагур горения твердых топлив и возможности образования конденсированных продуктов сгорания., > НеоОходииость разработки новых теоретических моделей процессов высоко температурного окисления, воспламенения и горения частиц твердых топлив, описывающих наиболее существенные их законоаерности, определяет актуальность иослодований, представленный э диссертации.
Целью работы является разработка теоретических моделей для описания и установления механизма и основных закономерностей
процессов высокотемпературного окисления, воспламенения и горения частиц металлов.
Научная новизна результатов раооты состоит в разработке новых теоретических миделей, учитывающих наиболее суцестЕенные особенности процессов высокотемпературного окисления, восплаиенеиия и горения частиц твердых топлив.
I.Впервые теоретически установлено, что скорость окисления железа в парах воды может лимитироваться процессами масеопереноса в газовой фазе, а не только через твердую пленку окиси на поверхности частицы, что позволило описать наолюдаемыя в экспериментах переход от линейного, на начальном этапе, к параболическому закон; окисления ооразца железа в водяной паре.
-
Разработана новая теоретическая модель воспламенения час типы алюминия, учитывающая возможность взаимодейстзия жидкого алк> ииния с окислителем на внешней поверхности пленки окиси, что позволило описать зависимости температуры воспламенения от размера частиц и концентрации кислорода в среде.
-
Разраоогана новая теоретическая модель горения частиц бора в высокотемпературной среде и хлорирования частиц алюминия, учитывающая равновесное, в условиях высоких температур горения, nj текание химических реакции в объеме газовой фазы и на поверхности частиц.
-
Разработаны новые теоретические модели горения частиц алв ииния и хлорирования частиц железа, рассматривающие процесс образе вания конденсированных продуктов сгорания соответственно в пределі но-неравновесном и равновесном режимах.
Результаты проведенных исследований позволяют рассматривать их как основу нового перспективного научного направления; высокотемпературное окисление и горение частиц твердых топлив <з учёяоы тепло-лассообыенных процессов в газовой и конденсированной фазах, равновесного протекания химических реакции и образования конденсированных продуктов сгорания.
На защиту выносятся:
х. Теоретически обнаруженное явление определяющего влияния масеопереноса в газовой фазе на скорость высокотемпературного окис ления яелеза в водяном паре до вюстита.
d. Теоретическая модель воспламенения частицы алюминия, учи-івающая возионность прямого взаиыодействия алюминия с окислителей і поверхности частицы и описывавшая зависимость температуры вос-таменения от размера частицы и концентрации кислорода в окру:шю-зй среде.
3. Теоретические модели горения частицы слюниния и хлорири-ания частиц аелеза, рассматривающие предельно-неравновесное и рав-эвесное образование конденсированных продуктов сгорания.
4-. Теоретическая модель горения частиц бора в высокотемпера-fPHoH среде и хлорирования частиц алюминия, рассматривающая равно-эсный рек:им протекания химических реакций в газовой фазе и на по-зрхности частиц.
Практическая ценность. Результаты, полученные в диссертации, ієют практическое значение, в частности, для
-разработки термоокислительного метода производства водоро-1, в котором осуществляется высокотемпературное окисление яелеза парах воды;
-совершенствования производств хлоридов алюминия и железа ^теы прямого хлорирования;
повыаекия эффективности использооания частиц алюминия и эра в качестве энергетических добавок к твердый ракетным и другим ідам топлив;
обеспечения ікпаро- взрывобезопасности технологических эоизводств, использующих газовзвеси частиц ыеталлов.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладыва-ісь на Всесоюзных симпозиумах по горению и взрыву, на ііехдународ-IX симпозиумах по процессам горения ( Польша), Всесоюзном совеща-іи по использованию достижений аэромеханики и разработке новых эоблем механики для интенсификации хиашсо-технологических и биоло-іческих процессов, Первом Всесоюзном симпозиуме по макроскопичес-зй кинетике и химической газодинамике, а такзсе семинарах в Иноти-гте химической физики Ан ССС1\Институге проблем механики АН СССР, іституте механики МГУ, Секторе механики неоднородных сред АН СССР других организациях.
Структура и обьеи диссертации. Работа состоит из введения, ни глав и заключения.Содержит 266 страниц текста.
