ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ РЕАКЦИОННО-СПОСОБНЫХ СМЕСЕЙ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ И ГАЗОВ ПРИ УДАРНО-ВОЛНОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ И ДЕТОНАЦИИ(промежуточный)

В 2018 г. работы проводились по трем направлениям: 1) экспериментальное исследование макрокинетики протекания химических реакций в смесях алюминия с твердыми окислителями на основе наноразмерных компонентов при импульсном ударно-волновом нагружении; 2) исследование возникновения и развития сферической детонации водородо-воздушных смесей при прямом инициировании в широкой области концентраций водорода; 3) развитие методов экспериментального исследования распространения ударных волн в пористых и сильно неоднородных газовых средах. Исследованы: реакционно-способные смеси алюминия с оксидом меди, реагирующие с образованием твердых конечных продуктов Al + CuO > Al₂O₃ + Cu; водородно-воздушные смеси при инициировании детонации в больших объемах; структура фронта ударной волны в инертных газах с различной атомарной массой. Цель исследования - определение основных закономерностей физико-химических процессов в конденсированных средах и газовых смесях при ударном сжатии и детонации, а также на развитие экспериментальных методов, позволяющих измерять распределение параметров во фронте ударной волны, определять его структуру, что необходимо для развития численных моделей физико-химических процессов в потоках с максимальными градиентами плотности. Для достижения поставленных целей использовался комплекс экспериментальных методик. При изучении быстропротекающих реакций в термитных смесях использовалась высокоскоростная фоторегистрация свечения продуктов реакции и яркостная пирометрия. Для изучения возникновения сферической детонации в водородно-воздушных смесях использовалась методика инициирования смеси газов в тонкой резиновой оболочке диам. 7 - 8 м, располагавшейся внутри уникальной взрывной камеры диам. 12 м. После инициирования проводилась фиксация параметров процесса с использованием скоростной видеокамеры, датчиков импульсного давления и ионизационных датчиков, регистрирующих прохождение фронта горения. Для измерений структуры ударной волны в газах впервые использован метод лазерной интерферометрии. В результате выполнения работы изучена динамика изменения яркостной температуры потока реагирующей смеси Al+CuO при ударно-волновом инициировании: на этапе формирования потока значения яркостной температуры имеют стохастический характер, определяемый случайным распределением очагов реакции в исходном объеме компонентов; в сформировавшемся потоке (с установившейся скоростью ~470 м/с) яркостная температура падает от 3300 К со скоростью 1,65 º/с, по мере выгорания компонентов. Исследовано возникновение сферической детонации в водородно-воздушных смесях с содержанием водорода от 32 до 42% (об.). В результате работы определено, что сферическая детонация водородно-воздушных смесей возникает при инициировании ее энергией 4,6 кДж. Показано, что критическая энергия инициирования (минимальная энергия инициирования, при которой возникает сферическая детонация) меньше ранее признанной (7,8 кДж) при энергии инициирования 4,6 кДж. Показано, что возникновение детонации наблюдалось в достаточно широком диапазоне концентраций водорода, что свидетельствует о том, что критическая энергия детонации может быть менее 4,6 кДж. Метод лазерной интерферометрии впервые применён для измерений в структуре ударной волны в газах. Показана связь профиля скорости ускоряемой серебряной фольги в ударной волне с атомным весом несущего газа. Впервые получен ряд новых результатов, имеющих важное практическое значение. Результаты работы по исследованию смеси Al+CuO показали перспективность предварительной механохимической активации для получения быстрогорящих термитных композиций. Для каждого типа мельниц существуют оптимальные условия активации, при которых достигаются наибольшая реакционная способность, скорость и температура горения. При превышении этого значения происходит частичное взаимодействие компонентов в процессе активации и снижение характеристик. Полученные результаты могут найти широкое применение для создания новых составов для зажигательных и осветительных устройств. По результатам изучения границ возникновения сферической детонации газовых смесей при прямом инициировании было показано, что критическая точка (минимальная энергия инициирования детонации) для водородно-воздушных смесей значительно меньше ранее принятой. Впервые получены результаты становления детонации при прямом инициировании водородно-воздушной смеси зарядом 4,6 кДж, что имеет большое значение для проблем безопасности. Разработанный способ лазерной интерферометрии позволит в дальнейшем получить новые экспериментальные данные о распределении плотности во фронте ударной волны в газах различного атомного веса, что необходимо для описания целого ряда явлений с участием высоковозбуждённых частиц и сопровождающихся передачей больших порций энергии в парных соударениях.