авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОТДЕЛ Лаборатория дифференциальных уравнений • Лаборатория математического моделирования фазовых переходов • ОТДЕЛ ВЗРЫВНЫХ ПРОЦЕССОВ ...»

-- [ Страница 2 ] --

Динамика кавитационных пузырьков в расплаве при взрывной декомпрессии сжатой магмы, влияние диффузии и вязкости. На базе численного аналога полной модели были созданы отдельные блоки, которые не нарушали расчета полной задачи, но позволяли получать решения как по распределению основных параметров вдоль столба кавитирующей магмы, так и по их динамике в двух заранее выбранных «лагранжевых сечениях» - 900 и 800 м от уровня магматической камеры. Последнее позволяет следить за динамикой состояния всего спектра параметров в этих слоях столба магмы, независимо от их перемещения, связанного в первую очередь с интенсивными кавитационными гомогенно-гетерогенная процессами. Для численного анализа используется математическая модель, согласно которой часть кристаллитов в магме может играть роль ядер кавитации. Расчет показал, что характерная структура формирующейся в магме волны декомпрессии включает предвестник с осциллирующей структурой и основную волну декомпрессии. Механизм инициирования расслоения волны напрямую связан с процессом нуклеации, частота которой является экспоненциальной функцией работы W*, затрачиваемой на образование кавитационных зародышей. Можно сделать вывод о высокой интенсивности диффузионных процессов в кавитирующей магме и роста вязкости магматического расплава, которая определяется «потерей» расплавом около 2% (по весу расплава) растворенного в нем газа уже к моменту t= 0.25 с, причем, только в зоне глубиной около 100 м вблизи свободной поверхности.

Динамика радиуса кавитационного зародыша и давления газа в нем рассчитаны в «лагранжевом» сечении столба магмы с начальной координатой 900 м, и 800 м. Расчет отмечает начальное резкое падение давления газа в кавитационных зародышах, находящихся первоначально в равновесном состоянии с магмой при давлении 144 и МПа, соответственно, на перепад давления за фронтом волны декомпрессии, запускающей процесс нуклеации при достижении упомянутых сечений. С этого момента в данном сечении канала начинается процесс нуклеации, носящий экспоненциальный характер, который заканчивается примерно через 6 мс, когда насыщение зародышами достигает предельного максимального значения. В этом интервале зародыш кавитации растет по инерции (работает уравнение Релея), падение давления в нем «притормаживается»

влиянием вязкости. Завершение формирования фронта полной нуклеации в данном сечении канала сопровождается резким скачком диффузии (падение функции Cdg ), скачком вязкости, объемной концентрации газа в кавитирующей магме и, соответственно, скачком радиуса зародыша Rb до 25 мкм. Дальнейшая диффузия газа из магмы в кавитационные пузырьки приводит к некоторому росту в них давления газа, которое поддерживается растущей вязкостью в течении примерно 75 мс. Дальнейший процесс непрерывного расширения регулируется скоростью диффузии и ростом вязкости расплава.

ПРОЕКТ: Динамика структурно-фазовых состояний и фундаментальные основы синтеза нанокомпозитов в кумулятивных потоках (№ 32).

Проведены исследования по кумулятивному синтезу с использованием различных смесей с целью получения новых фаз и соединений, а также высокотвердых материалов и покрытий. В серии экспериментов, проводившейся совместно с ИНХ, исследовались различные порошковые смеси, содержащие W, Ti, B, C и такие их соединения, как TiB2, B4C. Покрытия наносились на стальные и титановые подложки. Рентгенофазовый анализ показал в наличие в поверхностном слое новых фаз, которые отсутствовали в начальной смеси:

-WB (кубическая фаза) и W2B. Один из интересных результатов, подлежащий дальнейшему исследованию, заключается в том, что наблюдаются заметные отличия дифрактограмм для стальных и титановых подложек. На основании измерений микротвердости образцов можно утверждать, использование смесей на основе титана, вольфрама и бора перспективно для получения сверхтвердых покрытий.

Для кумулятивного напыления покрытий на алюминиевые и титановые подложки в совместных с ИФПМ исследованиях использовались наноразмерный порошок алюминия и нанокристаллические порошки углерода и алмаза. После обработки кумулятивными струями с наноалмазом титановых мишеней в поверхностном слое присутствуют линии фаз, не идентифицирующиеся по картотеке ASTM. По-видимому, после подобной высокоэнергетической обработки на поверхности сформированы высоконеравновесные фазы, исследование которых необходимо проводить после релаксации полученного состояния посредством низкотемпературных отжигов. Данные, полученные от алюминиевых образцов после их обработки кумулятивными струями нанопорошков алюминия и углерода, свидетельствуют о том, что на поверхности этих образцов формируется двухфазное состояние алюминия.

ПРОЕКТ: Физико-химические и каталитические свойства наноструктурированных полиметаллических систем, полученных с использованием двойных комплексных солей и продуктов их термолиза (№ 112).

Целью настоящего этапа исследований в рамках Интеграционного Проекта являлось изучение возможности образования карбидов молибдена в условиях умулятивного нанесения покрытий. В проведенных работах получены покрытия на титановых шайбах, содержащие карбиды титана и молибдена. Проведено их рентгендифрактометрическое исследование. Показано, что для получения таких покрытий, можно использовать разные Мо-содержащие предшественники, в том числе и в виде оксидов (MoO3) и кислот (Н2MoO4). В дальнейшем представляет интерес исследовать подобные образцы с целью определения их каталитических свойств.

ПРОЕКТ: Фундаментальные проблемы синтеза и основ применения новых высокоэнергетических материалов (№ 13).

В данном проекте исследуется принципиальная возможность применения взрывных многокаскадных систем метания пластин для решения конкретных технических задач.

Основными результатами исследований отчетного года являются:

– разработка усовершенствованной физико-математической модели процесса, позволяющей проводить численное моделирование многокаскадного метания металлических пластин;

программа находится в стадии отладки;

– экспериментально исследовано поведение различных частей конструкции двухкаскадного ускорителя с фиксацией процесса их работы на рентгеноимпульсной установке. Показана принципиальная работоспособность рассматриваемой конструкции.

Международные связи Кедринский В.К. (соавтор М.Н.Давыдов) – доклад на Международном Симпозиуме по Ударным Волнам, ISSW 27, 19-24 July 2009, Санкт-Петербург (Россия), – доклад на Всероссийской Конференции «Успехи механики сплошных сред», Владивосток, Россия, 29 сентября – 5 октября 2009.

Кинеловский С.А. (соавтор К.К.Маевский, по одному из докладов) 3 доклада на Международной Конференции XI Харитоновские научные чтения, 16- марта 2009 г., г. Саров.

Публикации Публикации в научных журналах – Доклады в трудах конференций – Доклады на конференциях Международные конференции – Межреспубликанские (СНГ) и Всероссийские конференции – Проведение Конференций – Научно-педагогическая деятельность:

Проф. В.К.Кедринский НГУ – лекции «Курс общей физики»;

спецкурс «Гидродинамические аспекты физики взрыва», Проф. С.А.Кинеловский НГАСУ – лекции и семинары "Курс теоретической механики", М.Н.Давыдов Ст. преп. НГУ, мех.-мат. факультет – семинары по теоретической механике, Доцент Сиб. Госакадем. ж/д тр-та - лекции по курсу «Линейная алгебра», - семинары по высшей математике Доцент В.Т.Кузавов НГАСУ – семинары "Теоретическая механика", Преп. А.И.Макаров НГУ, мех.-мат. факультет – семинары по механике жидкости и газа, Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе: докторов наук – кандидатов наук – ЛАБОРАТОРИЯ ВИХРЕВЫХ ДВИЖЕНИЙ ЖИДКОСТИ И ГАЗА Заведующий лабораторией д.ф.–м.н. В.В.Никулин ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Теоретическое и экспериментальное моделирование течений с концентрированными вихрями с целью технологического применения, а также выявления основных закономерностей механизмов образования, эволюции и распада интенсивных атмосферных вихрей.

• Исследование устойчивости и бифуркации в таких течениях.

• Исследование поведения примеси в турбулентных течениях и вибрирующей жидкости.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва программе Сибирского отделения РАН:

3.5.7. Нестационарные процессы при высоких плотностях энергии в гидродинамике однородных и многофазных сред (структура течений, синтез наноструктурных соединений, волновые процессы).

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.7.2. Нестационарные течения и свойства гетерогенных сред при интенсивных потоках механической, тепловой и электромагнитной энергии (н.г. 01.2.007 06894).

1. Рассмотрена задача об эволюции азимутальных возмущений в осесимметричных магнитогидродинамических течениях идеально проводящей невязкой жидкости с круговыми линиями тока. Жидкость находится в тороидальном зазоре между двумя поверхностями с постоянными значениями функции тока. Выведены уравнения движения жидкости в приближении бесконечно узкого зазора. Численно определены параметры, при которых возможна спонтанная закрутка, и установлены свойства вторичных течений с закруткой, возникающих в результате потери устойчивости исходного стационарного полоидального потока.

2. Продолжены экспериментальные исследования времени формирования торнадоподобного вихря в замкнутой камере. Для получения вихря воздух отсасывается из камеры через центральное отверстие в ее крышке и возвращается обратно в камеру, обладая вращательным моментом относительно ее оси. Через некоторое время после включения отсоса образуется вихрь. В качестве времени образования принимается промежуток времени между включением отсоса и началом резкого падения давления в центре дна сосуда. Метод основан на том, что из-за вращения давление вблизи оси вихря заметно ниже, чем в окружающей атмосфере. В экспериментах изменялся объемный расход воздуха, подаваемого в камеру и интенсивность его закрутки. Установлен критерий подобия для времени образования торнадоподобного вихря в замкнутой камере.

Оказалось, что в случае, когда вертикальные и горизонтальные размеры камеры близки время формирования приблизительно равно характерному времени обновления воздуха в камере.

ПРОЕКТ: 3.5.7.1. Нестационарные явления в многофазных средах (динамика структуры течений, фазовые переходы, кумулятивный синтез, математические модели) (н.г. 01.2.007 06893).

Поставлена и решена задача о силовом взаимодействии вращающегося твердого тела – кругового цилиндра – и обтекающей его вязкой жидкости.

Обнаружена возможность изменения средней по времени подъемной силы, действующей на вращающееся тело (единичную часть цилиндра) со стороны окружающей его вязкой жидкости, происходящего вследствие периодических внешних воздействий на систему, характеризующихся управляющими параметрами – коэффициентами Фурье скорости движения жидкости вдали от тела и угловой скорости его вращения.

ИНИЦИАТИВНЫЙ ПРОЕКТ ПРОЕКТ: Периодические пространственно-временные структуры в физике и химии.

Завершена разработка математического алгоритма вычисления кристаллографических групп в пространствах Минковского. Выполнена классификация кристаллографических групп в некоторых важных кристаллографических классах. Этот алгоритм обобщается на квазикристаллографические группы.

Введено определение 4-кристалла, как пространственно-временной 4-мер-ной периодической структуры, и получены формулы для рентгеноструктурного анализа таких кристаллов. Описаны и теоретически рассчитаны соответствующие опыты. Современная кристаллография рассматривает кристаллы, как пространственные 3-мерные периодические структуры. На основе понятия 4-кристалла даётся волновая интерпретация эффекта Мёссбауэра, отличная от существующей теории.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Экспериментальные исследования закономерностей формирования торнадоподобного вихря и его эффективности для очистки воздуха в замкнутых помещениях (08-08-00577).

Результаты изложены в разделе «Результаты научно-исследовательских работ».

Публикации Монографии – Патенты – Статьи в научных журналах – Доклады в трудах конференций – Тезисы докладов – Выступления на конференциях Международные конференции – Всероссийские конференции – Научно-педагогическая деятельность Проф. Б.А. Луговцов НГУ - лекции: "Электродинамика", "Электромагнетизм и оптика", "Газовая динамика";

семинары: "Электродинамика".

Проф. В.Л. Сенницкий НГУ - годовой лекционный курс "Введение в математические модели динамики гидромеханических систем", годовой лекционный курс "Математические модели естествознания", семинар "Вычислительные методы нелинейной алгебры", Доц. Ю.Г. Губарев НГУ - лекции: "Газовая динамика";

семинары: "Уравнения математической физики", "Обыкновенные дифференциальные уравнения".

Доц. В.В.Никулин ВКИ при НГУ - лекции, семинары: "Курс общей физики".

Н.с. М.С. Котельникова НГУ – лекции "Газовая динамика";

семинар "Общая физика", Научно-исследовательская работа со студентами и аспирантами Студентов VI курса НГУ – Аспирантов – Соискатель – Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе: докторов наук – кандидатов наук – 3.

ЛАБОРАТОРИЯ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ПЛОТНОСТЕЙ ЭНЕРГИИ Заведующий лабораторией д.т.н. Г.А.Швецов ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Преобразование энергии взрыва в электромагнитную, электромагнитное ускорение твердых тел, кумулятивные течения, получение наноструктурных материалов, разработка новых методик эксперимента.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика, механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва, программе Сибирского отделения РАН:

3.5.7. Нестационарные процессы при высоких плотностях энергии в гидродинамике однородных и многофазных сред (структура течений, синтез наноструктурных соединений, волновые процессы), а также приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники РФ:

– индустрия наносистем и наноматериалы;

– энергетика и энергосбережение и критическим технологиям РФ:

– нанотехнологии и наноматериалы;

– технологии создания и обработки композиционных и керамических материалов;

– технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.7.2. Нестационарные течения и свойства гетерогенных сред при интенсивных потоках механической, тепловой и электромагнитной энергии (н.г. 01.2.007.06894).

1. Разработана физическая модель ударно-волновой магнитной кумуляции при сжатии порошков с учетом сжимаемости и электропроводности вещества за ударным фронтом. В квазиодномерной геометрии при использовании высокопористого алюминиевого порошка зарегистрировано магнитное поле около 4 МГс при коэффициенте усиления поля до 100 раз. Разработана новая МГД-модель ударно-волновой магнитной кумуляции в металлических порошках. В отличие от известных ранее моделей, настоящая модель учитывает сжимаемость и электропроводность вещества за ударным фронтом.

Модель основывается на уравнении состояния Оха-Персона и авторских экспериментальных данных об электропроводности металлических порошков при сжатии.

С использованием модели и компьютерного пакета МАГ, разработанного во ВНИИЭФ, выполнено одномерное МГД-моделирование процесса ударно-волновой магнитной кумуляции. Моделирование выявило особенности физической картины кумулятивного течения. Так, существенную роль играет гидродинамическая кумуляция в нарастающем слое проводника. Конечное поле зависит от размеров системы, начального магнитного поля и мощности взрывчатого вещества. Важно, что экспериментальная запись магнитного поля в генераторе хорошо согласуется с модельной зависимостью.

Полученные данные позволяют утверждать, что, несмотря на ряд допущений, построенная физико-математическая модель ударно-волновой магнитной кумуляции является адекватной. Этот результат открывает возможности оптимизации кумулятивной системы с целью увеличения генерируемых магнитных полей.

2. Проведено численное и экспериментальное исследование механизмов генерации магнитного поля в конических МГД течениях. Исследования проводились с использованием нового типа импульсных взрывомагнитных генераторов сверхсильных магнитных полей, в которых (в отличии от традиционных) генерация магнитного поля осуществляется непрерывной аксиальной подачей проводящего материала. Этот процесс осуществляется за счет перемещения проводящего контура, образующегося замыканием расширяющихся под действием взрыва трубок, расположенных вдоль образующих конуса генератора. Экспериментально исследованы генераторы, позволяющие получить магнитные поля до 10 МГ (и возможно и большие) при начальной массе ВВ до 1 кг.

С целью изучения возможностей кумуляции в трубчатых генераторах данного типа была разработана методика расчета распределений магнитных полей и токов в системе индуктивно связанных подвижных деформируемых проводников в пространственно трехмерной постановке. Проведенные предварительные расчеты показали удовлетворительное соответствие экспериментальным данным.

3. Разработана модель установки электродинамического напыления порошков, состоящая из батареи конденсаторов, электродинамического ускорителя, газовой системы и компьютерной системы управления установкой. Подобраны режимы напыления порошков кобальта и молибдена на различные подложки. Свойства полученных покрытий исследуются.

Отработана методика электромагнитного измерения интеграла скоростного напора и полного импульса газоплазменного потока, что позволяет экспериментально оценивать эффективность работы различного типа электромагнитных ускорителей.

4. Разработан метод и изготовлено устройство для одновременного воздействия на порошок ударной волны с давлением 3 ГПа и разряда конденсаторной батареи с плотностью электрического тока 103 А/мм2. Проведены предварительные эксперименты на медном порошке, спрессованном предварительно до начальной плотности 76% от плотности монолитной меди. Оказалось, что после электроимпульсного спекания начальная плотность образцов увеличилась до 81%, а после взрывного компактирования – до 99% от плотности монолитной меди. Совмещая эти два метода, удалось повысить начальную плотность образцов до 95%, при синхронизации времени прихода ударной волны с моментом достижения максимума электрического тока. Учитывая, что время действия тока на два порядка превышает длительность взрывной нагрузки, можно синхронизировать исследуемые процессы таким образом, чтобы компактировать взрывом нагретые током образцы и получать порошковые компакты без трещин и с высокими прочностными свойствами.

5. Проведены измерения диффузии магнитного поля в медные конические облицовки диаметром 30, 50, 100 и 125 мм.

Рассчитаны значения индукции магнитного поля, при которых с учетом магнито кумулятивного эффекта, кумулятивные струи от зарядов калибром 30, 50, 100 и 125 мм. не будут образовываться.

Для заряда калибром 50 мм экспериментально показано, что при начальной индукции 0,8 Т каверна в преграде отсутствует.

6. Исследованы параметры люминофоров с запоминанием BaFBr:Eu (Image Plate) для импульсной наносекундной радиографии в диапазоне жесткостей излучения – от до 600 кэВ. Измерены спектры имеющихся в распоряжении 5 источников импульсного рентгеновского излучения с рабочими напряжениями от 100 до 600 кВ. Четыре из них разработаны в ИГиЛ. С помощью цифрового BaFBr:Eu детектора проведены калибровочные измерения по ослаблению излучения в зависимости от толщины на четырех видах поглотителя (алюминий, сталь, медь, полистирол) для всех пяти источников излучения.

7. На основе спирального генератора (СГ) изготовлен экспериментальный макет импульсного рентгеновского аппарата на рабочие напряжения 600-800 кВ для работы с трехэлектродной рентгеновской трубкой ИА-8. Параметры измерены на низком напряжении. На макетах экспериментально измерены КПД различных конфигураций спиральных генераторов. Экспериментально получены рекордные КПД для СГ – 35,3% на первой полуволне, 52,7% – на второй полуволне (обычно 9-12%). Разработана полностью численная модель работы импульсного высоковольтного спирального генератора без учета омических потерь в скин-слое. Создана модель для спирального генератора и для модифицированного генератора Белкина-Жарковой с дополнительными внешними витками. Модель единая для всех видов генераторов и детально описывает поведение напряжений в разных частях генератора – счетные кривые хорошо согласуются с экспериментальными осциллограммами. Столь точная модель создана впервые.

ПРОГРАММЫ ПРЕЗИДИУМА РАН ПРОЕКТ: Течения сплошной среды при высоких плотностях электромагнитной энергии (№ 12.13).

Показана принципиальная возможность уменьшения глубины проникания кумулятивной струи в преграду с предварительно созданным в ней поперечным к направлению движения кумулятивной струи магнитным полем. В опытах с лабораторным кумулятивным зарядом диаметром 30 мм при ширине витка 20 мм и индукции магнитного поля в преграде 10 Тл зарегистрировано уменьшение глубины проникания кумулятивной струи в преграду до 30%. Установлена линейная зависимость уменьшения глубины проникания от величины начального магнитного поля в преграде.

ПРОЕКТ: Экспериментальное исследование и численное моделирование формирования объемных наноструктурных композитов при воздействии ударных волн на порошковые среды (№ 12.14).

Проведены экспериментальные исследования и численное моделирование взрывного компактирования слоев металлического порошка, разделенных тонкими поперечными перегородками и заключенных в металлический контейнер. Показано, что структурные неоднородности и внутренние напряжения в перегородке создают начальные возмущения, которые развиваются при взрывном компактировании. В отличие от других материалов (медь, алюминий, углеродистая и нержавеющая стали), в электротехнической стали Э средний размер зерен структуры соизмерим с толщиной перегородки, так что деформация зерен структуры проявляется как макродеформация всей пластины. Это приводит к потере устойчивости и волнообразованию перегородки и контактирующих с ней слоев порошка.

Найдено применение обнаруженного процесса волнообразования перегородок, с помощью которого повышается однородность и плотность порошковых компактов (в частности, из нанопорошка вольфрама), что позволяет получать массивные образцы наноструктурных материалов, наследующих уникальные свойства и структуру исходных порошков.

ИНТЕГРАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ СО РАН ПРОЕКТ: Комбинированные технологии синтеза нано- и субмикроструктурированных керамических и металлокерамических порошковых материалов на основе карбида вольфрама, карбо- и нитрида титана. Научно-инженерные основы, применение (№ 12).

Работы ИГиЛ СО РАН по Проекту направлены на исследование взрывного компактирования и спекания нано- и субмикроструктурированных металлокерамических порошков, синтеза взрывом новых химических соединений, получения твердых сплавов и изделий на основе карбидов вольфрама и титана. Планируется изготовление штамповой оснастки, валков, фильер, волоков с твёрдосплавными вкладышами.

По этапу Проекта на 2009 г: экспериментальное исследование влияния фазового состава порошков твердых сплавов на физико-механические характеристики взрывных компактов, осуществлен синтез взрывом карбидов вольфрама в цилиндрических ампулах.

Реакция проходила только в области существования маховского отражения ударных волн, по оси и в нижней части ампулы. Проведены предварительные эксперименты по синтезу и электроимпульсному спеканию твердых сплавов в сильноточных дуговых разрядах.

Получены плотные взрывные компакты промышленного порошка твердого сплава ВК20, а также наноструктурных смесей порошков различного состава карбида титана с никелем, карбида титана с кобальтом, полученные комбинированными методами: 1) механической активации (МА) и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, 2) МА и плазмохимии. При взрывном компактировании с давлением 3 ГПа в цилиндрических стальных ампулах получены компакты с плотность более 0,9 от плотности монолита.

Карбиды вольфрама и титана являются основной составляющей многих твердых сплавов и к их порошкам, используемым для этих целей, предъявляются жесткие требования по составу, чистоте и дисперсности. Исследуемые порошки не обладали требуемыми качествами и имели большой разброс по размерам частиц и примесям, в частности, обнаружено большое содержание кислорода, который отрицательно влияет на прочностные свойства твердых сплавов. После спекания в вакууме у твердых сплавов получены высокие значения твердости до 91 единиц HRA при малых значениях прочности на сдвиг. В целом компакты наследовали структуру и фазовый состав исходных порошков, размеры фракций которых изменялись в довольно широких пределах.

Публикации:

Статьи в научных журналах – Доклады в трудах конференций – Доклады на конференциях Международные конференции – из них на территории России – Российские конференции – Научно-педагогическая деятельность Проф. Г.А. Швецов НГУ – спецкурс: “Избранные главы взрывной магнитной гидродинамики”, НГТУ – спецкурс: “Спецглавы физики взрыва”.

Доц. А.Д. Матросов ВКИ НГУ – лекции и семинары: “Физика”;

НГУ – лекции и семинары: “Физика” Доц. В.И. Мали СГГА – лекции и семинары: “Теория горения и взрыва“, НГТУ – спецкурс: “ Взрывные технологии“ Доц. А. Г. Анисимов ВКИ НГУ – лекции и семинары: “Физика”;

СУНЦ НГУ – семинары: “Физика” Ассист. А.М. Рябчун НГУ – семинары: “Общая физика”;

СУНЦ НГУ – спецкурсы: “Аналитические вычисления в системе DERIVE”, “Моделирование физических явлений на ПК” Проф. Е. И. Пальчиков НГУ – лекции: “Введение в технику физического эксперимента”, “Физические основы информатики”, “Применение последних достижений физики и технологии в современных компьютерах” Научно-исследовательская работа со студентами Студентов 5 курса НГТУ – Аспирант НГТУ – Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе: докторов наук – кандидатов наук – ОТДЕЛ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ Заведующий отделом д.ф.–м.н. М.Е.Топчиян Лаборатория динамики гетерогенных систем Лаборатория газовой детонации Лаборатория физики взрыва Лаборатория детонационных течений ЛАБОРАТОРИЯ ДИНАМИКИ ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ Заведующий лабораторией д.ф.–м.н. С.А.Ждан ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Детонация, взрыв, ударные волны в гетерогенных и реагирующих средах.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва программам Сибирского отделения РАН:

3.5.6. Детонационные и ударно-волновые процессы в газовых, гетерогенных и конденсированных средах;

3.5.7. Нестационарные процессы при высоких плотностях энергии в гидродинамике однородных и многофазных сред (структура течений, синтез наноструктурных соединений, волновые процессы) и критическим технологиям РФ:

– технологии создания энергоэффективных двигателей и движителей для транспортных систем;

– технологии атомной энергетики, ядерного топливного цикла, безопасного обращения с радиоактивными отходами и отработавшым ядерным топливом.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.6.1. Исследования детонационных процессов в газовых, гетерогенных и конденсированных средах, в том числе для создания фундаментальных основ технологий (н.г. 01.2.007 06891).

1. Детонационные волны в газовых и гетерогенных средах. Экспериментально в камере проточного типа с диаметром наружной стенки 30.6 см и расширяющимся под углом 15 градусов каналом от зазора 0.7 см показана принципиальная возможность непрерывного детонационного сжигания водорода в первоначально сверхзвуковом потоке воздуха. Расходы компонентов при детонации в потоке холодной смеси составляли:

воздуха в форкамеру - GA1 = (4.3 – 3.1) кг/с, водорода в форкамеру - GH1 = 0 и водорода в камеру - GH2 = (0.2 – 0.05) кг/с. При подаче водорода в начале расширяющегося канала камеры сгорания на фоторегистрограммах зафиксирован непрерывный детонационный режим с одной поперечной детонационной волной (ПДВ), вращавшейся со скоростью D = 1.72 - 1.07 км/с. При указанных выше расходах, но при подаче водорода в расширяющейся части канала камеры сгорания (на расстоянии 6 см от начала расширения) удалось реализовать только режимы пульсирующей детонации с продольными детонационными волнами, пульсирующими с частотой f = 0.77 1.1 кГц. Установлено, что в волнах разрежения, идущих за детонационным фронтом в камере, натекающая водородно воздушная смесь разгонялась до сверхзвуковых скоростей: при непрерывной спиновой детонации до 2.37 км/с, а при пульсирующей – до 1.7 км/с.

Непрерывная детонация водородно-воздушной смеси в сверхзвуковом потоке, создаваемом в проточной кольцевой камере, осуществлена впервые. Следует отметить, что при запуске в камере процесса детонации в самой форкамере всегда реализовывался дозвуковой поток даже при существовании сверхзвукового потока до момента инициирования. Непрерывные, а также продольные детонационные волны формировали в форкамере волны сжатия, которые быстро переводили начальный сверхзвуковой поток в дозвуковой, то есть кардинально изменяли параметры втекающего потока. Но, экспериментально установлено, что благодаря детонационным волнам в самой камере перед фронтом ПДВ формировался сверхзвуковой поток, а более точно благодаря волнам разрежения, примыкающим к детонационным фронтам.

Рассмотрено обобщение двумерной нестационарной постановки задачи о непрерывной спиновой детонации в кольцевой камере сгорания на случай предварительного сжатия натекающего сверхзвукового потока в диффузоре и профилирования канала. После сжигания смеси в ПДВ осуществлялось расширение канала камеры сгорания до величины, обеспечивающей среднее давление на выходе из камеры равное противодавлению, то есть осуществлялся в среднем расчетный режим истечения из сопла. Численно исследовано влияние степени частичного торможения потока на существование непрерывного детонационного режима, эффективность сжигания смеси и величины удельного импульса. Установлено, что при фиксированном числе Маха натекающего сверхзвукового потока М0 с уменьшением минимального сечения диффузора S1/S0 удельный импульс режима с непрерывной детонацией монотонно растет, приближаясь к значению удельного импульса идеального ПВРД. В диапазоне М0 = (13.2) режим с непрерывной детонацией функционирует, в отличие от ПВРД, при любой, меньшей критической, степени сжатия потока в диффузоре. Для осуществления режима непрерывной детонации численно обнаружено ограничение сверху на число Маха натекающего сверхзвукового потока М0 0.62·MCJ. Здесь MCJ – число Маха волны детонации Чепмена-Жуге.

В камере кольцевой цилиндрической геометрии диаметром dc = 30.6 см осуществлены режимы непрерывной детонации водородно-воздушной смеси с добавками воздуха в продукты детонации, превышающими расход воздуха в основной системе подачи до 2.6 раза, что соответствует коэффициенту общего избытка горючего 0.28.

Выяснено, что для реализации устойчивой детонации добавку воздуха следует производить ниже области распространения фронта поперечной детонационной волны.

При добавочной подаче воздуха в продукты повышается давление в камере и интенсифицируется обычное горение, приводящее к увеличению числа детонационных волн и их ослаблению. Установлено, что как обеднение смеси горючим в зоне смесеобразования, так и добавка воздуха в продукты детонации расширяют область существования непрерывной детонации до удельных расходов смеси 560 кг/(см2), а также приводят к увеличению полного импульса тяги и уменьшению удельного расхода топлива, минимальная достигнутая величина которого составила 0.04 кг/час/Н.

Исследован процесс трансформации детонационных волн при переходе границы раздела «многокомпонентная пузырьковая среда – химически неактивная однокомпонентная пузырьковая среда»: {Ж() – [1(C2H2 + 2,5 O2) – 2N2]} – [Ж() – 0N2] (здесь Ж() – водно-глицериновые растворы с объемной концентрацией глицерина = 0, 0.25 или 0.5;

1 и 2 – объемная концентрация активного и неактивного газов соответственно (12 = 1 + 2);

0 – объемная концентрация газовой фазы однокомпонентной пузырьковой среды (при этом 0 = 2)). Критическая амплитуда ударной волны P1, инициирующей детонацию в многокомпонентных средах повышаются при увеличении 12 или 2. Присутствие в системе пузырьков неактивного газа приводит к снижению скорости распространения детонационной волны вплоть до затухания детонации. Эффективное (осредненное по пульсациям) давление волн детонации в исследованных средах составляет 60 – 80 атм. Длительность детонационных волн равна – 70 мкс. Установлено, что при переходе через границу раздела сред детонационная волна трансформируется: падающая волна детонации распадается в химически неактивной пузырьковой среде на две волны – постдетонационную волну и волну-сателлит.

Отраженной от границы раздела сред волны не наблюдается. Постдетонационная волна и волна-сателлит распространяются с примерно равными скоростями (780 и 760 м/с соответственно при 12 = 1,5 %, 1 = 0,5 %, 2 = 0,5 % и 0 = 0,5 %). Амплитуда волн с расстоянием пробега уменьшается по экспоненциальному закону с коэффициентом ослабления, равным 1,0 – 2,0 м1. Длительность прошедших волн на расстояниях от границы раздела сред 0.27 м примерно равна длительности детонационной волны.

Затухание волн в инертных пузырьковых средах обусловлено диссипативными процессами, сопутствующими распространению волны, – вязкостной диссипацией при радиальном движении жидкости в процессе сжатия пузырьков газа, акустическими потерями и тепловой диссипацией.

Полученные ранее методами изотопных индикаторов экспериментальные данные при детонации ВВ объяснены протеканием двух основных процессов – разложением взрывчатых веществ в инициирующей ударной волне на метан, углерод, другие простые соединения, и последующим окислением водорода и углерода, степень протекания которых зависит от мощности, химического состава и структуры гетерогенных взрывчатых веществ. В результате, последовательность основных стадий выделения углерода при детонации ВВ (тротила, гексогена, октогена) и их смесей такова: а) разложение молекул ВВ в инициирующей ударной волне с преимущественным переходом углерода в состав метана и свободный углерод, образование алмазной фазы (доля алмазной фазы в свободном углероде возрастает с ростом мощности ВВ);

б) окисление водорода метана. Выделение освободившегося углерода и образование преимущественно не алмазной фазы;

в) частичное окисление углеродных частиц. В течение этих стадий происходит перемешивание компонентов ВВ, в том числе и за счёт диффузии, приводящей к более равномерному распределению отдельных атомов, молекул.

Работы, описанные в данном разделе, выполнялись при частичной поддержке РФФИ (код проекта 07-01-00174).

ПРОЕКТ: 3.5.7.1. Нестационарные явления в многофазных средах (динамика структуры течений, фазовые переходы, кумулятивный синтез, математические модели) (н.г. 01.2.007 06893).

2. Ударные волны, инициирование физических и химических превращений. Проведены экспериментальные исследования механизмов развития электрогидродинамических автоколебательных процессов в электролите для различных концентраторов тока.

Впервые получены режимы электрогидродинамических автоколебаний для многоочаговых разрядов на линейных и кольцевых концентраторах тока, выполненных из металла и в виде диафрагм. Экспериментально показано, что для линейных и кольцевых концентраторов тока стабильность автоколебаний обеспечивается за счет коалесценции расширяющихся локальных пузырьков, образованных от стохастично генерируемых многоочаговых разрядов, в единый пузырь. Периоды прерывания тока соответствуют периодам пульсаций образуемого пузыря. Период автоколебаний пропорционален ширине концентратора тока и слабо зависит от его длины и диаметра кольца. Установлено, что с увеличением исходного напряжения на конденсаторе UС период автоколебаний уменьшается, и наименьшие периоды находятся в области напряжений U = 500-600 Вольт.

Дальнейшее увеличение напряжения приводит к срыву автоколебательного режима, развивается стационарный разряд-пробой.

Продолжено экспериментальное моделирование гидродинамических процессов, сопровождающих работу электрогидродинамического насоса. Варьировались геометрические параметры диафрагменной ячейки, расстояние от отверстия диафрагмы до жёсткой пластины, напряжение конденсатора. Установлено, что за один период роста и схлопывания пузырька в отверстии диафрагмы последовательно формируются три разнонаправленных потока жидкости. Выполнены предварительные эксперименты по формированию направленного потока жидкости в системе с гибкой резиновой мембраной с отверстием, совершающей периодические волнообразные движения. Показана возможность управления направлением потока воды без использования электрического диафрагменного разряда.

Разработанный в 2008 году метод инициирования углеводородов в водном электролите проверен при снижении концентрации поваренной соли до 0.3-0.6 %. Для пузырьков ацетилено-кислородной смеси диаметром 2-3 мм инициирование осуществлялось в интервале напряжений на конденсаторе 250-350 Вольт.

3. Исследования импульсной транспортировки сыпучих сред. Экспериментальное исследование влияния неравномерности загрузки фрагментов ТВС на их удаление из кольцевой зоны с использованием двух пневмосистем проведено на плоской и объемной модели, а также на натурной установке – масштабы 5:4:1. Для плоской модели 90 % загрузки транспортируемых имитатора фрагментов кусков осуществлялось в одну из половин относительно приемного окна модели. В ресивере Vр = 5 л варьировался перепад давлений Рн = (1,5-0,5) МПа. Для объемной модели вся загрузка аналогичных имитаторов фрагментов ТВС осуществлялась в одно место. Использовался ресивер Vр = 40л с перепадом давления газа в нем Рн = (2,0- 1,0) МПа. Установлено, что число газовых импульсов для удаления имитатора фрагментов ОТВС на двух моделях и натурной установки не зависло от неравномерности загрузки.

Исследовалась возможность частичного моделирования движения кусков в плоских вертикальных каналах с учетом силы тяжести. Частичность этого подобия заключается в отказе от достижения подобия газовых потоков, а требуется только подобие движения транспортируемого материала. В интервале рабочих чисел Рейнольдса от 103 до 2· коэффициент сопротивления (С) для частиц различной формы (сфера, цилиндр, пластина, октаэдр, кубоэдр, тетраэдр) практически не зависит от числа Рейнольдса, что очень важно при исследовании движения кусков неправильной формы. Получены два условия подобия для различных вертикальных установок. Проведенные эксперименты показывают, что точность частичного моделирования движения кусков при соблюдении условий подобия составляет не менее 20% и не зависит от формы, размера и материала, а также не зависит от движения кусков «поршнем» или «одиночными» кусками.

Для математического моделирования процесса ИПТ проведена модификация компьютерного алгоритма Форвард: введены неотражающие условия на свободной границе и модель дробления частиц в газовом потоке. В первом приближении удалось оценить скорость трогания и параметры частицы на выходе трубопровода. Сделана попытка минимизировать давление используемого газа для заданного ресивера.

С учётом ранее проведенных опытов была осуществлена перестройка системы ИПТ натурной опытной установки, что позволило увеличить количество удаленных кусков (фрагментов ТВС). При загрузке ~ 500 кг кусков (основная фракция ~ 40 мм) вместо 27% удалено 50% от всей массы загруженных кусков, а число газовых импульсов сократилось с 10 до 7. Одновременное добавление мелкой фракции (песок ~ 5 мм) массой 200 кг не увеличило число импульсов газа, а за первый газовый импульс удаленная масса кусков увеличилась еще на 20 %. Осциллограммы давления в аппарате показывают, что при первом газовом импульсе увеличивается как длительность по времени газового импульса (с 15 с до 50 с), так и давление в аппарате с 0,1 МПа до 0,2 МПа. Эти данные позволяют оптимизировать процесс газоочистки.

К настоящему времени хорошо исследована (теоретически и экспериментально) скорость седиментации сферических частиц. Для частиц более сложной формы (например, пыльцы растений, а также для частиц антропогенной и природной пыли, пыльных бурь и порошкообразных материалов) не существует теоретических моделей для расчета их скорости седиментации, и поэтому они определяются экспериментально. При обобщении эмпирического материала вводится параметр, названный эквивалентным аэродинамическим диаметром dаэ. Он равен диаметру сферической частицы с плотностью в 1,0 г/см3, и её скорость седиментации равна скорости реальной частицы. Совместно с ИХКГ СО РАН предложены методика и установка для определения аэродинамического диаметра аэрозольных частиц в диапазоне чисел Рейнольдса от 0,1 до 6,0 и проведена успешная апробация этой методики.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Исследование сверхзвукового горения в режиме вращающейся детонации (07-01-00174).

Результаты изложены в разделе “Результаты научно-исследовательских работ” (п. 1).

ПРОГРАММЫ ПРЕЗИДИУМА РАН ПРОЕКТ: Непрерывная детонация топлив (№ 12.6) В проточной кольцевой камере сгорания диаметром 10 см с расширением канала при нестационарной эжекции окислителя реализованы устойчивые режимы непрерывной спиновой и пульсирующей детонации Н2 - О2 и С2Н2 - О2 смесей. Наблюдались устойчивые режимы непрерывной спиновой детонации с одной поперечной детонационной волной: для водорода - со скоростью D = 1.76 – 1.6 км/с;

ацетилена - D = 1.46 - 1.2 км/с. Частота пульсирующей детонационной волны в смеси Н2 – О2 составляла 7.3 - 5 кГц, а С2Н2 О2 около 2.5 кГц. Результаты опубликованы в Докладах РАН.

По фоторегистрограммам детонационного процесса расшифрована структура спиновых и пульсирующих детонационных волн и течения в их окрестности.

Установлено, что структура ПДВ очень похожа на ПДВ в дозвуковом потоке при принудительной подаче кислорода из ресивера. Детонационный фронт представляет собой косую волну, распространяющуюся по холодной смеси. Верхний участок фронта движется по воспламенившейся смеси, в которой горение инициируется скачком уплотнения при его отражении от торца камеры. Из-за недостаточного перемешивания компонентов вблизи торцевой поверхности детонационная волна переходит в ударную и, вероятно, заходит через щелевой канал в объём косой ударной волной, которая останавливает течение кислорода в камеру. И только левее точки, находящейся примерно на расстоянии 1/3 периода между волнами, наблюдается поступление кислорода в камеру, вызванное уменьшением давления в волне разрежения за детонационным фронтом. За верхней частью ПДВ компоненты продолжают перемешиваться и гореть, что проявляется по яркости свечения продуктов в этой области. Высота детонационного фронта занимает половину длины камеры, то есть hD 5 см, а остальную часть камеры – шлейф, являющийся ударной волной в продуктах.

Варьированием расходов горючего при двух относительных размерах щелевого зазора / = 0.25 и 0.35 определены пределы реализации непрерывной спиновой и пульсирующей детонаций. Проведены оценки расходов эжектируемого кислорода.

Установлено, что при пульсирующей детонации снижается эффект всасывания кислорода из окружающей среды по сравнению с непрерывно вращающейся детонационной волной.

Проведена модернизация и дооснащение кольцевой камеры диаметром 30.6 см и получены первые предварительные результаты по реализации непрерывного детонационного горения водорода в режиме эжекции воздуха.

ПРОГРАММЫ ОТДЕЛЕНИЯ РАН ПРОЕКТ: Реализация и исследование непрерывного детонационного сжигания потока угольно-воздушных смесей (№ 2.1.4).

Проведена модификация экспериментальной установки и плоскорадиальной камеры сгорания диаметром 20 см. Разработаны и изготовлены устройства для подачи воздуха и угольной пыли. Проведена отладка системы подачи частиц угольной древесной пыли в камеру сгорания. В вихревой плоскорадиальной камере диаметром 204 мм впервые реализована непрерывная спиновая и радиальная пульсирующая детонации мелкодисперсного активированного древесного угля (размер частиц 2 - 22 мкм) с расходом 0.3 кг/с и добавкой водорода (менее 5 % к расходу угля и 1% к расходу воздуха) в вихревом потоке воздуха с расходом GA = (3.2 – 1.7) кг/с. При установке выходных отверстий камеры d2c = 70 или 100 мм наблюдалась непрерывная спиновая детонация с поперечными детонационными волнами (ПДВ). Скорость детонационных волн относительно цилиндрической поверхности составляла D = (1.8 – 1.6) км/с, а значения давлений в начале камеры - pc1 = (12.5 – 6.8)·105 Па. С помощью фотосъемки процесса детонационного сжигания методом компенсации скорости расшифрована структура течения в окрестности спиновой детонационной волны. В камере с выходным отверстием d2c = 50 мм наблюдалась пульсирующая детонация с радиальными волнами и частотой f = (4 - 4.8) кГц при давлениях в камере в 1.5 -2 раза больших, чем при непрерывной спиновой детонации. Коэффициент избытка горючего составлял = (1.1 – 2.04). Наибольшая частота пульсаций и скорости ПДВ наблюдалась при = 1.5±0.2 и расходе водорода, подмешиваемого в уголь, GH 15 г/с.

Найден способ подачи угольного порошка через узкие каналы путём подмешивания газа на входе в форсунку. Обнаружена одна продольная составляющая давления в столбе порошка как в твёрдом теле. Показано, что детонация угольно-воздушной смеси может идти только при наличии горючей газовой добавки (в данном случае водорода), а гетерогенные реакции на поверхности частиц угля играют вторичную роль, однако обеспечивают при этом максимальное тепловыделение. Данные исследования могут найти практическое применение в энергетике, химической промышленности, способствовать сохранению окружающей среды.

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ КОНТРАКТЫ ТЕМА: Выполнение прочностных поверочных расчетов на аппарат-растворитель РКП ИПТ для материала ЧС 129 (х/д 01/08).

В настоящее время ведется технологическая проработка изготовления аппарата растворителя РКП-ИПТ из ст. ЧС 129. Идет согласование чертежей применительно к получаемому материалу заводом изготовителем РМЗ ПО «Маяк». При этом проводятся дополнительные прочностные поверочные расчеты, как отдельных узлов, так и всего аппарата с учетом изменений в чертежах. Продолжены испытания опытного образца растворителя РКП-ИПТ. Результаты изложены в п.3.

ТЕМА: Исследование совместного движения графитовых и металлических кусков ОТВС по каналам растворителя РКП-ИПТ (х/д № 01/09).

Осуществлена подготовка объемной модели растворителя РКП-ИПТ для транспортировки нерастворимых фрагментов ОТВС Белоярской АЭС типа АМБ.

Проведены предварительные испытания для смеси, состоящей из 70% графита и 30% металлических фрагментов.

Публикации Статьи в научных журналах Доклады в трудах конференций Доклады на конференциях Международные конференции – (из них на территории России – Межреспубликанские (СНГ) и Всероссийские конференции – Международные связи Ф.А. Быковский и С.А. Ждан. Участие в работе 22 ICDERS с устными докладами (27- июля 2009 г., Минск, Беларусь).

Ф.А. Быковский. Участие в работе семинара, посвященного памяти А.К. Оппенгейма, с устным докладом (1-3 августа 2009 г., Варшава, Польша).

Научно-педагогическая деятельность Проф. В.Л. Истомин НГУ - семинар: "Общая физика".

Проф. С.А. Ждан НГУ лекции: “Гидродинамика”, “Газовая динамика”, семинар: "МСС (жидкости и газы)".

Доц. В.И. Манжалей ВКИ НГУ - лекции: “Физика”, СУНЦ НГУ - семинар: “Физика”.

Доц. Д.В. Воронин НГУ - лекции: “Высшая математика и информатика”;

НГТУ - лекции: “Спец. главы высшей математики”.

Доц. А.И. Сычев ВКИ НГУ - лекции и семинар: “Физика”.

Научно-исследовательская работа со студентами и аспирантами Аспирантов – Магистрантов НГУ – Студентов НГУ – Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе: докторов наук – кандидатов наук – ЛАБОРАТОРИЯ ГАЗОВОЙ ДЕТОНАЦИИ Заведующий лабораторией д.ф.–м.н. А.А.Васильев ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Экспериментальные исследования нестационарных и переходных режимов газовой и гетерогенной детонации при различных граничных условиях, параметрах и составах смесей.

• Разработка физико-математических моделей для описания явлений, имеющих место при газовой и гетерогенной детонации. Создание их программного обеспечения и баз данных, позволяющих рассчитывать основные параметры многофронтовых детонационных волн, в том числе характеристики детонационной опасности.

• Экспериментальные исследования свойств потоков, истекающих при начальных давлениях до 15 кбар, и явлений, сопровождающих такое истечение. Разработка физического обоснования и принципов использования сверхвысоких (до 20 кбар) давлений газа для получения плотных гиперзвуковых потоков, позволяющих в наземных условиях обеспечить полное моделирование полёта аэрокосмических аппаратов по числам Маха и Рейнольдса.


Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва программе Сибирского отделения РАН:

3.5.6. Детонационные и ударно-волновые процессы в газовых, гетерогенных и конденсированных средах, а также приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники РФ:

– экология и рациональное природопользование;

– энергетика и энергосбережение;

– безопасность и противодействие терроризму и критическим технологиям РФ:

– технологии защиты среды обитания, переработки и утилизации техногенных образований и отходов;

– технологии снижения риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф;

– технологии водородной энергетики;

– технологии возобновляемых источников энергии;

– технологии производства энергии на органическом топливе.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.6.1. Исследования детонационных процессов в газовых, гетерогенных и конденсированных средах, в том числе для создания фундаментальных основ технологий (н.г. 01.2.007 06891).

Цель проекта – получение новых экспериментальных и расчетных данных по инициированию, переходу и распространению детонационных волн в различных гомогенных и гетерогенных реагирующих средах, а также исследование механизмов и структуры таких волн с целью оптимизации инициирования и сжигания горючих смесей применительно к задачам экологии и создания новой техники. В 2009 году работа лаборатории поддерживалась проектом Программы РАН № 13.4, грантами РФФИ 08-01 00347, 09-01-00317.

Способ оценки критической энергии воспламенения пузырьковых систем. Влияние диаметра трубы на критические параметры инициирования и структуру пузырьковой детонации. Воспламенение пузырьковых систем в экспериментах осуществлялось ударной волной, создаваемой либо с помощью детонации газовой смеси в секции инициирования, либо электрическим подрывом проволочки непосредственно в газожидкостной среде. В первом случае энергия воспламенения определялась объемом V и начальным давлением взрывчатой смеси P0i. Определение критической энергии E* заключалось в поиске таких параметров V* и P*0i, ниже которых сформированная ударная волна была бы не способна инициировать детонационный процесс в газожидкостной среде. Опыты проведены в трубе диаметром 35 мм. В газожидкостной системе: жидкость (75% воды + 25% глицерина) и пузырьки газа (стехиометрическая ацетилено-кислородная смесь) с объемной концентрацией 2% при V* = 140 см3 и давлении P*0i = 0,075 МПа не удается сформировать ударную волну, способную инициировать детонационный процесс.

Указанные параметры соответствуют значению E*0 ~ 1,6 кДж. Отметим, что при указанных критических параметрах формируется ударная волна с профилем близким к треугольному с давлением в пике P*1 2 ± 0,2 МПа.

Во втором способе инициирования ДВ в газожидкостную среду опускались изолированные электроды, между концами которых закреплялась манганиновая проволочка длиной ~1см и сопротивлением ~ 0,3 Ом. Подрыв проволочки производился разрядом конденсаторной батареи общей емкостью 50мкФ. Напряжение на клеммах конденсатора изменялось в пределах 1-8 кВ. Ток в разрядной цепи измерялся поясом Роговского. Поиск критической энергии разряда E*0, меньше которой уже не происходит инициирование детонационного процесса, осуществлялся за счет изменения напряжения U на конденсаторной батарее. При взрыве проволочки часть накопленной энергии E (около 30%) теряется в разрядном промежутке, идет на излучение и выделяется в виде тепла в электрической цепи. При электроразряде в газожидкостной среде воздействие ударной волны более эффективно по сравнению со случаем инициирования ударной волной в газе над поверхностью среды, и в аналогичной по составу газожидкостной среде критическая энергия инициирования может быть уменьшена в 2-4 раза.

Для сравнения с экспериментом было проведено численное моделирование волны пузырьковой детонации в рамках разработанной ранее модели, в которой волна детонации представляет собой уединенную волну (УЕВ), стационарно распространяющуюся в газожидкостной среде. Целью расчетов было определение такого значения амплитуды давления УЕВ P*п, меньше которой сформировать волну детонации в газожидкостной среде не удастся. В модели давление P*п определялось по условию достижения температуры воспламенения химически-активной смеси в пузырьке. При этом предполагалось, что при достижении температуры воспламенения реакция происходит мгновенно. Расчеты, выполненные в газожидкостных системах с несжимаемой жидкостью, показали, что P*п 1,7 МПа. Эта величина достаточно близка к экспериментальному значению P*1 2 ± 0,2 МПа.

Следующим этапом теоретического исследования было выяснение влияния сжимаемости жидкости на критические параметры инициирования. Расчет момента воспламенения проводился с учетом периода индукции химической реакции.

Проведенные вычисления показали, что P*п возрастает до 2 МПа. Причина увеличения критического давления может быть объяснена инерционностью жидкости, затрудняющей процесс сжатия пузыря. Отметим, что расчет периода индукции на основе интегрального соотношения не дает заметного вклада в увеличение критического давления.

Для инициирования пузырьковой детонации играет роль соотношение характерного размера трубы и характерного размера ударной волны, выполняющей роль инициатора. В случае инициирования детонации подрывом газовой смеси в секции инициирования фронт ударной волны приходится на всю площадь поверхности газожидкостной среды, что формирует почти плоский фронт ударной волны внутри самой среды. Если длительность волны оказывается достаточной для сжатия необходимого количества пузырьков (на длине 5-10 см), то возникает детонационный процесс. Дальнейшее распространение образовавшейся волны детонации уже не зависит от начального импульса, а полностью определяется нелинейными и дисперсионными свойствами среды.

С уменьшением диаметра трубы относительные потери энергии в волне детонации возрастают, поскольку увеличивается отношение внутренней поверхности трубы к объему. Но одновременно наличие жесткой стенки обеспечивает более сильное сжатие пузырьков за счет дополнительного воздействия отраженных волн давления. Поэтому доля пузырьков, испытывающих более сильное сжатие, в трубе меньшего диаметра выше, чем в трубе большого диаметра. В связи с наличием этих конкурирующих механизмов критическая энергия инициирования может незначительно зависеть от диаметра трубы.

Теоретическое изучение влияния диметра трубы на критические параметры и структуру волны пузырьковой детонации крайне сложно и вряд ли целесообразно на данный момент, поскольку для учета влияния жесткой стенки необходимы трехмерные расчеты. Экспериментальное выяснение характера изменений критических параметров требует проведения опытов на нескольких трубах разных диаметров, что представляет собой трудоемкую задачу. На данном этапе ведутся эксперименты на трубе диаметром мм, что в 2 раза больше диаметра трубы, используемой в предыдущих опытах. Структура установившейся детонационной волны и скорость её распространения остаются прежними в пределах погрешности измерения, т.е. практически не меняются.

Данные по взрывоопасности предельных углеводородов. Разработанная ранее компьютерная программа "БЕЗОПАСНОСТЬ" (Васильев А.А. и др.//ФГВ 2000, 36,3, c.81 96) использована для проведения расчетов критической энергии инициирования Е* предельных углеводородов CnH2n+2 (от метана до эйкозана). Е* выступает как мера взрывоопасности горючей системы: чем меньше энергия – тем более опасна смесь.

Одна из особенностей топлив метанового ряда заключается в том, что кинетическая схема уже сейчас включает более тысячи элементарных реакций и содержит, как минимум, более двух тысяч коэффициентов в формулах для скоростей прямых и обратных реакций (энергия активации и предэкспоненциальный множитель). К сожалению, точность кинетических коэффициентов для расчетов детонационного превращения оказывается невысокой, поскольку, как правило, эти коэффициенты определяются из экспериментальных данных по зажиганию топлив, а на условия детонации они аппроксимируются в надежде на их достоверность. Не удивительно, что даже для многократно исследованных топлив ряда предельных углеводородов (метан, этан, пропан, бутан, гептан) существует значительный разброс данных в величинах задержки воспламенения для условий детонации. Для остальных представителей метанового ряда данных практически нет. В то же время, для практических целей всегда необходимы прогнозные оценки по использованию того или иного топлива и степени его взрывоопасности.

В 2008 году были проанализированы имеющиеся кинетические данные для предельных углеводородов и было установлено, что они не описывают всей совокупности параметров детонации, т.е. экстраполяция данных, полученных на режимах горения, не переносится достоверно на условия детонации. Был выполнен анализ вклада наиболее важных элементарных реакций, для которых имеются достаточно надежные кинетические коэффициенты. После подробного анализа вклада различных элементарных реакций было замечено, что поведение размера ячейки в системе, содержащей основные атомы большинства горючих систем С,Н,О,N, коррелирует не с концентрацией исходных компонент, а с концентрацией промежуточного радикала ОН. В свою очередь, это замечание может служить дополнительным аргументом в пользу важнейшей роли водородной кинетики даже при горении углеводородов, поскольку радикал ОН является одним из базовых в схеме детальной кинетики водородных смесей. После подробного анализа, с учетом вышесказанного, из множества всевозможных реакций предпочтение отдано водороду как основному элементу всех углеводородов, а его кинетическая схема выбрана в качестве определяющей.


В 2009 году с водородной кинетикой были рассчитаны параметры горения и детонации предельных углеводородов в смеси с кислородом и воздухом (за исключением метана). Совпадение расчетных и экспериментальных величин вполне удовлетворительное, что, в свою очередь, служит дополнительным аргументом в пользу корректности выбора водородной кинетики в качестве базовой для расчета параметров детонации предельных углеводородов, за исключением метана. Особые свойства метана как родоначальника предельных углеводородов отмечались и для других его характеристик.

Основные выводы:

1. Выполнены расчеты параметров горения и детонации предельных углеводородов в смеси с кислородом и воздухом в широком диапазоне изменения начальных параметров:

давления, температуры, концентрации топлива и его фазового состояния.

2. Из-за отсутствия кинетических данных о задержках воспламенения значительного большинства предельных водородов в качестве базовой для оценок выбрана водородная кинетика.

3. Получен огромный объем численной информации о параметрах горения и детонации, критических условиях инициирования, составе продуктов, представленной как БАНК взрывоопасности рассмотренных смесей.

4. Разбавление топливно-кислородных смесей азотом и переход к воздушным смесям проявляется для предельных углеводородов подобно другим топливам – снижение скорости, температуры, давления, увеличение критической энергии инициирования и т.д., несмотря на особенности кинетического механизма индукционной стадии реакции (чисто цепной - для водорода и существенно более сложной - для углеводородных топлив).

Исследование границы ламинарно-турбулентного перехода течения в пограничном слое на клине при числах Маха в диапазоне 9-15 и числах Рейнольдса, моделирующих полет космических объектов. Продолжалось накопление и обработка экспериментальных данных по ламинарно-турбулентному переходу в пограничном слое. Проводились исследования обтекания конусов с полным углом раствора 14,3°, изготовленных из стали, меди и текстолита, с целью выяснения влияния на переход естественного теплоотвода.

Габаритная длина модели по образующей от носика модели до её основания составляла 65.3мм.

Были продолжены работы с использованием сопловой вставки из рения. Стартовый диаметр критического сечения в серии опытов, проводившихся в 2009 году, изменялся от 0,700 мм до 0,703 мм. Это позволило продолжить исследования в новой области чисел Маха на срезе сопла М от 13 и до 15. (В предыдущей программе исследований была тоже использована сопловая вставка из рения, но при диаметре критического сечения от 0.675 мм до 0.700 мм). Диаметр критического сечения в проведенных исследованиях незначительно изменялся от опыта к опыту при работе с давлениями технического азота в форкамере Рф от 440 МПа до 615 МПа.

Закончен подробный анализ причин разрушения сопловой вставки из сапфира.

Проведены соответствующие модельные расчеты и найден критерий выбора материалов, стойких к хрупкому разрушению из-за термических напряжений Подготовлена публикация для ПМТФ.

ПРОГРАММЫ ОТДЕЛЕНИЯ РАН ПРОЕКТ: Взрывоопасность альтернативных топлив (№ 13.4).

В рамках Проекта предполагалось провести анализ взрывоопасности новых горючих систем на основе «биотоплива», газогидратов, водорода, многотопливных систем (например, синтез-газа) и т.д. в широком диапазоне изменения основных параметров смеси (давления, температуры, соотношения горючее-окислитель). Кроме этого, предполагалось обеспечить экспериментальные исследования, связанные с горением и детонацией в дозвуковых и сверхзвуковых потоках горючей смеси, всеми необходимыми расчетными данными о параметрах детонации смесей водорода, ацетилена и синтез-газа с кислородом, разбавленным азотом (вплоть до воздушного соотношения).

Запланированные на 2009 год Исследования:

Адаптация компьютерной Программы «БЕЗОПАСНОСТЬ» для целей данного Проекта, анализ проблемы инициирования и взрывоопасности непредельных углеводородов CnH2n, анализ кинетических данных, проведение широкомасштабных расчетов, анализ полученной информации и создание Банка данных. Отличительной чертой компьютерной Программы «БЕЗОПАСНОСТЬ» является возможность расчета критической энергии инициирования смеси, выступающей как мера ее взрывоопасности:

чем меньше энергия – тем более опасна смесь.

Полученные результаты:

1) выполнены расчеты параметров горения и детонации непредельных углеводородов CnH2n (от этилена n=2 до эйкозена n=20) в смеси с кислородом и воздухом в широком диапазоне изменения начальных параметров: давления, температуры, концентрации топливного компонента и его фазового состояния;

2) выполнены расчеты параметров горения и детонации смесей водород-кислород азот и ацетилен-кислород-азот в диапазоне изменения начальных параметров, типичных для работы пульсирующего детонационного двигателя и двигателя на вращающейся детонации;

3) выполнены расчеты параметров горения и детонации синтез-газа (система водород – окись углерода) в смеси с кислородом и воздухом в диапазоне изменения начальных параметров, типичных для условий работы установок для детонационного напыления.

Получен огромный объем численной информации о параметрах горения и детонации, критических условиях инициирования, составе продуктов, которая будет представлена как новые страницы БАНКа взрывоопасности горючих смесей.

Расчетные значения критической энергии хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

Данная Программа может быть рекомендована к широкому использованию при расчетах газодинамических течений, сопровождаемых химическими реакциями, в области давлений и температур, характерных для процессов горения как традиционно используемых, так и перспективных топлив. Особо подчеркнем, что на сегодняшний день Программа «БЕЗОПАСНОСТЬ» не имеет аналогов по комплексности и достоверности получаемых результатов и позволяет существенно уменьшить весьма затратные экспериментальные исследования, особенно для топливно-воздушных смесей, требующих проведения полигонных экспериментов.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Бифуркационные структуры газовой детонации (грант 08-01-00347).

Продолжены исследования двухмасштабных ячеистых структур, когда на следовом отпечатке одновременно хорошо видны два характерных размера ячейки – большой и маленький. Такие структуры были обнаружены в работе [1] (Presles H.N., Desbordes D., Guirard M. and Guerraud C.: Gaseous nitromethane and nitromethane-oxygen mixture, a new detonation structure // Shock Waves, 6, 111-114, 1996) на смеси газообразный нитрометан кислород. По мнению авторов [1] эффект двухмасштабности ячеек связан со специфическим воздействием окислов азота, а именно - с двумя реакциями, имеющими заметно отличающиеся времена индукции: быстрой NO2 + H NO + OH и медленной NO + NO N2 + O2. В [2] (M.Kaneshige, E.Schultz, U.J.Pfahl, J.E.Shepherd, R.Akbar.

Detonations in mixtures containing nitrous oxide//22nd International Symposium on Shock Waves, Imperial College, London, UK, July 18-23, 1999 p.251-256) приведены результаты исследований ячеистой структуры в смесях водорода с добавками закиси азота N2O:

несмотря на присутствие в системе окислов азота двухразмерные ячеистые структуры обнаружены не были, что позволяет усомниться в единственности механизма воздействия окислов азота и заставляет искать альтернативные объяснения наблюдаемому эффекту. В противовес выводам [1] о главенствующей роли окислов азота в образовании бифуркационных структур, авторы данного исследования считают, что подобные двухячеистые структуры могут наблюдаться во многих системах (при определенных условиях), где одна из присутствующих топливных компонент разлагается с экзотермическим эффектом. Такие вещества обеспечивают начало энерговыделения непосредственно на фронте ДВ, т.е. до основной стадии энерговыделения. Следует подчеркнуть, что оксиды азота, использованные в предыдущих немногочисленных исследованиях по поиску двухячеистых структур, удовлетворяют этому условию и способны к саморазложению с выделением энергии. Поскольку двухразмерные ячеистые структуры являются новыми и обнаруженными лишь в очень ограниченном количестве смесей с добавками нитросоединений, то задачей данной работы является экспериментальное обнаружение подобных бифуркационных структур в новых неисследованных смесях и исследование основных характеристик детонации в подобных смесях с целью выяснения экзотичности или универсальности подобных структур.

В рамках работ 2009 года выполнены экспериментальные исследования ячеистых структур в смесях на основе аммиака с добавками закиси азота и перекиси водорода.

Такая комбинация позволяет установить, какой из механизмов является определяющим в природе двухмасштабных структур: предложенный авторами [1] с ведущей ролью оксидов азота, или механизм развития неустойчивости непосредственно на головном фронте за счет экзотермического распада некоторого класса веществ.

Было установлено, что такие характеристики как критическая энергия инициирования и дифракционный диаметр для около-стехиометрических смесей определяются большим масштабом ячейки. Этот экспериментальный результат не согласуется с существующими представлениями о роли «горячих точек» в инициировании детонации: чем больше «точек», тем легче осуществляется возбуждение ДВ. В двухмасштабных ДВ количество «точек» больше за счет большего количества поперечных волн, однако инициирование облегчается не столь заметно. Возможно, что новые «горячие точки» имеют слишком малый размер, чтобы влиять на возбуждение ДВ.

Это согласуется с выводом о важности учета пространственного и временного распределения вводимой энергии при определении критических условий инициирования.

Получено много новой информации о параметрах двухмасштабных (бифуркационных) систем.

По совокупности экспериментальных результатов было установлено, что наша гипотеза является более общей и лучше соответствует полученным данным, гипотеза [1] является частным случаем.

По результатам исследований сделан доклад на международной конференции и подготовлена статья для ФГВ.

Работа будет продолжена.

ПРОЕКТ: Структура и механизм детонации низкоплотных вторичных ВВ (грант 09-01 00317-а).

Запланированные на 2009 год научные исследования: 1. Будет описана структура фронта и механизм детонации в различных порошковых ВВ с низкой среднеобъемной плотностью в диапазоне 1-50 мг/см3 в зависимости от размера частиц пористой среды и начального давления воздуха. Предполагалось установить, изменится ли с увеличением среднеобъемной плотности ВВ и p0 конвективно-струйный механизм распространения детонации на классический ударно-волновой механизм воспламенения ВВ? 2. При малых начальных давлениях газа произойдет формирование слабого ударного скачка и спутного потока газа за ним, усиливающего теплообмен и облегчающего воспламенение ВВ. Это сыграет положительную роль по сравнению со случаем вакуумной детонации. В результате детонация в газонаполненной ПС будет существовать при значении среднеобъемной плотности ВВ меньшей, чем критическая плотность при детонации в вакууме. Но затем с увеличением p0 (добавлением балластной массы инертного газа) более холодная, чем продукты реакции ВВ, газовая фаза уменьшит температуру горячих продуктов реакции, что приведет к гашению детонации. На основании этих соображений в пористой среде можно ожидать существование двух пределов детонации по давлению.

Все заявляемые на 2009 задачи выполнены. Проведены эксперименты по детонации в вакуумированной и в газонаполненной (при начальном давлении воздуха p0 до 0,4 МПа) инертной пористой среде (ПС) при среднеобъемной плотности ВВ, на 2-3 порядка меньшей их насыпной плотности. Порошкообразные ВВ (гексоген, ТЭН, тротил) с размерами частиц 1-10 мкм равномерно наносили на стальные шарики диаметром d = 2,5;

5 или 11,5 мм. Изучено влияние начального давления газа на структуру волны и механизм детонации, параметры низкоскоростной детонации и величину критической среднеобъемной плотности. Фронт давления в волне детонации плавно нарастает, а свечение в зоне реакции начинается почти одновременно с подъемом давления. При увеличении среднеобъемной плотности ВВ протяженность переднего фронта остается практически постоянной (6,4-7,6)d. Одновременно длина области сжатия в волне возрастает почти в три раза от 64d до 190d, длительность (и протяженность) зоны свечения и области сжатия близки между собой. Установлено, что в ПС поджигание слоя ВВ осуществляется горячими струями, истекающими из области высокого давления вперед.

Наличие газовой фазы (воздуха) перед фронтом детонации по сравнению со случаем вакуумированной среды приводит к небольшому увеличению скорости детонации, но существенно повышает давление в волне. Обнаружено, что существуют пределы слева и справа по начальному давлению газа, и с уменьшением среднеобъемной плотности ВВ наблюдается сужение области существования детонации. На переднем фронте максимальная скорость горячих струй газа близка к скорости детонации, тогда как в вакуумированной среде скорость отдельных струй превышает скорость детонации на 10 60%. Экспериментально показано, что для низкоплотных ВВ в вакуумированной и газонаполненной пористой среде реализуется не классический механизм ударно волнового инициирования, а конвективно-струйный механизм распространения детонации.

Международные связи Васильев А.А. принимал участие в работе Европейского Совещания по горению (ECM-2009, Вена, Австрия). Топчиян М.Е. и Васильев А.А. принимали участие в работе Международного Коллоквиума по динамике взрыва и реагирующих систем (ICDERS 2009, Минск, Беларусь). Пинаев А.В., Кочетков И.И. и Васильев А.А. принимали участие в Семинаре СНГ «Акустика неоднородных сред» (Новосибирск). Васильев А.А. по приглашению CNRS (France) принимал участие в работе Международного Семинара по использованию вращающейся детонации в двигательных установках (Пуатье, Франция).

Публикации Статьи в научных журналах – Доклады в трудах конференций – 5.

Доклады на конференциях Международные и всероссийские конференции и семинары – 9.

Научно-педагогическая деятельность Проф. М.Е.Топчиян, НГУ – лекции: «Общий курс физики» (ФЕН) Проф. А.А.Васильев, НГУ – лекции: «Общий курс физики» (ММФ), «Теория детонации» (ФФ) Доцент А.В.Пинаев, НГУ – семинары и лабораторные работы: «Общий курс физики»

Доцент В.Н.Рычков, НГУ – лабораторные работы: «Общий курс физики», СУНЦ НГУ – семинары: «Общий курс физики»

Научно-исследовательская работа со студентами Студентов VI курса НГТУ – Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – в том числе совместителей – Из них научных сотрудников – в т.ч. докторов наук – кандидатов наук – ЛАБОРАТОРИЯ ФИЗИКИ ВЗРЫВА Заведующий лабораторией д.ф.–м.н. А.П.Ершов ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Теоретические, экспериментальные и численные исследования скоростных форм горения и двухфазной низкоскоростной детонации во вторичных взрывчатых веществах. Исследование инициирования порошковых ВВ высокоинтенсивными кратковременными высокоэнтальпийными потоками.

• Изучение физико-химических превращений в детонационных волнах, в том числе и с помощью синхротронного излучения. Фазовые переходы углерода в детонационных волнах. Образование малых частиц и кластеров. Исследование проводимости при детонации конденсированных систем. Исследование мезопроцессов при детонации.

• Исследование поведения плазмы электрических разрядов с плотными высокоскоростными потоками, в том числе с продуктами детонации конденсированных систем. Исследование МГД-неустойчивостей, развивающихся в плазме и на контактных разрывах. Исследование электрического пробоя жидких диэлектриков, включая возникающие при этом гидродинамические течения.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва программам Сибирского отделения РАН:

3.5.6. Детонационные и ударно-волновые процессы в газовых, гетерогенных и конденсированных средах;

3.5.7. Нестационарные процессы при высоких плотностях энергии в гидродинамике однородных и многофазных сред (структура течений, синтез наноструктурных соединений, волновые процессы).

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.6.1. Исследования детонационных процессов в газовых, гетерогенных и конденсированных средах, в том числе для создания фундаментальных основ технологий (н.г. 01.2.007 06891).

1. Экспериментально исследовано инициирование тэна насыпной плотности высокоэнтальпийным потоком газа с применением синхротронной диагностики.

Возникающий при внедрении газа в поры заряда переходной процесс регистрировался просвечиванием заряда синхротронным излучением. Измерения интенсивности прошедшего излучения проводились вдоль оси заряда, чтобы определить общую динамику распространения волны инициирования, и в нескольких поперечных сечениях, что позволило восстановить распределение плотности внутри заряда. Для теневых рентгеновских картин в указанных сечениях поставлена и решена задача томографии.

Восстановлены распределения плотности как функции радиуса и осевой координаты для ряда последовательных моментов времени.

Результаты эксперимента сравнивались с расчетами по двухфазной модели. Обычно используемая кинетика горения слишком медленна, чтобы дать наблюдаемую в эксперименте эволюцию процесса. В 2009 г. рассмотрен один из механизмов интенсификации – дробление частиц ВВ при сжатии порошка. При этом горение ускоряется из-за возрастания удельной поверхности. При использовании корреляций, взятых из литературы (А.А. Беляев и др.), удалось получить лишь качественное согласие с экспериментом. В расчетах получен переход в детонацию за время около 10 мкс, однако ключевая начальная стадия процесса воспроизводилась плохо – реальная волна развивается заметно быстрее. Это означает существование других механизмов ускорения реакции, которые необходимо учитывать для понимания процесса.

2. Метод электропроводности применен к исследованию реакции при детонации низкоплотных ВВ. При плотностях, близких к насыпным, исходная структура порошка хорошо контролируема и определяется его дисперсностью. Проведены эксперименты со сбалансированными ВВ: гексогеном, октогеном и тэном. Во всех случаях показано влияние дисперсности вещества. При плотности, близкой к насыпной, в мелкодисперсных ВВ (размер частиц 10–30 мкм) пики электропроводности за фронтом детонации оказались примерно вдвое же, чем при штатной дисперсности (при размере частиц в сотни мкм).

В мелкодисперсных ВВ получены весьма тонкие зоны реакции (около 0,2 мм), что меньше, чем в тех же ВВ, прессованных до максимально достижимой плотности. Ранее столь явное влияние дисперсности на кинетику реакции при стационарной детонации конденсированных ВВ не отмечалось. Результаты показывают, что при низких плотностях реакция идет преимущественно по механизму горячих точек, плотность которых определяется начальной структурой вещества.

3. Результаты, полученные при синхротронной диагностике детонации ТАТБ, изложены в разделе «Важнейшие результаты 2009 года». Работа проводилась совместно с лабораторией высокоскоростных процессов.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.