Исследование процессов воспламенения, горения и катализа с участием наноразмерных металлов в энергетических системах (заключительный)

Экспериментально-теоретические исследования процессов с участием нанометаллов (среднеповерхностный размер частиц до 300 нм) при взаимодействии с окислителями в режиме горения в составе твердых и гибридных топлив, термитных и СВС-композиций и при окислении водой и паром широко проводятся в течение последних 20 лет в России, США, Германии, Италии, Франции, Китае, Индии и других странах. Приоритет по исследованиям систем "нанометалл - окислитель", признанный во всем мире, имеется у авторского коллектива. Это связано с использованием уникальных высокопроизводительных технологий получения нанометаллов (электровзрывная, г. Томск; метод Гена-Миллера, г. Москва) и наличия "критической массы" экспертов по данной теме в коллективе. Тем не менее, внедрение нанометаллов в технологические цепочки и процессы развито слабо из-за недостаточной изученности технологических и физико-химических характеристик процессов, происходящих при окислении и горении нанометаллов. Актуальность работы заключается в необходимости скорейшего внедрения нанометаллов в быстропротекающие процессы (окисление, горение и взрыв), что позволит обеспечить для нанометаллизированных энергетических систем (ЭС) принципиально новый уровень энергетических, кинетических и технологических характеристик, в том числе по безопасности их использования. Такими характеристиками являются: высокая каталитическая активность нанометаллов (Fe, Ni, Cu, сплавы Ni-Cu) при термораспаде энергетических материалов (нитрат аммония, перхлорат аммония, октоген), увеличение скорости горения твердых топлив, содержащих нанометаллы (Al, Mg, сплавы Al-Mg) в 1,5 - 5 раза по сравнению с составами с микронными порошками, увеличение полноты сгорания металлов в твердых и гибридных топливах до 96%, появление сильно неравновесных керамических продуктов сгорания (нитридов, оксинитридов и оксикарбидов), нетепловые механизмы передачи энергии (аномальные значения яркости промежуточных продуктов) и сверхадиабатические температуры горения. Для твердых и гибридных топлив наибольший объем данных для систем "нанометалл - окислитель" получен применительно к характеристикам горения в различном диапазоне давлений. Планируется обобщить авторские методики и результаты, связанные с каталитическими процессами, устойчивостью горения, оценкой энергетических характеристик, агломерации и полноты сгорания частиц нанометаллов, оценки пожаро- и взрывобезопасности систем "нанометалл - окислитель". Для СВС и термитных составов будет проведено обобщение результатов по аномально высоким скоростям горения систем, содержащих нанометаллы (термит нано-Al/нано-MoO₃ имеет скорость горения ~1 км/с), появлению и эволюции неравновесных промежуточных термодинамически "невыгодных" продуктов горения (субоксидов металлов, водорода, углеводородов), механизмам формирования необычных конденсированных и газообразных продуктов горения (нитридов и оксинитридов). Для гидрореагирующих систем с участием нанометаллов наибольший интерес для технологии представляют процессы химического получения водорода для автономных источников.