Электротепловой Взрыв


Попов Константин Викторович
научный сотрудник , к.ф.-м.н.
E-mail: kostya@ism.ac.ru
| Главная страница ЭСФХП | | ЭТВ | Программы | Публикации |


Методики
Установка
Применение

Программы

ETE95
PlotW95
Beauty95 		Электротепловой взрыв (ЭТВ) является практически единственным экспериментальным методом, позволяющим исследовать механизм и кинетику высокотемпературных быстропротекающих экзотермических реакций в гетерогенных конденсированных системах, при температурах до 4000 К с характерными временами превращения менее 1 мсек. В основе ЭТВ лежит нагрев реакционноспособного образца прямым пропусканием через него электрического тока с мгновенным отключением последнего в момент начала самовоспламенения и оптическая регистрация во времени температуры образца. Адиабатический саморазогрев образца обеспечивает пространственную однородность протекания реакции и дает возможность с количественной полнотой рассчитывать кинетические параметры из экспериментальных термограммам.

Методики

Разработаный метод электротеплового взрыва позволяет поднять верхнюю температурную границу до значений порядка 4000 К и регистрировать скорости реакций с характерными временами превращения до 0.1 мсек, т.е. изучать кинетику во всем температурно-временном интервале, представляющем интерес для теоретических и прикладных задач горения и взрыва. И по ширине рабочего температурного интервала, и по максимальной скорости регистрируемых реакций в конденсированных средах метод ЭТВ существенно превосходит (по температурам - на тысячи градусов, по временам - на порядки) все другие кинетические методики, в которых исследуемое химическое превращение в гетерогенной конденсированной смеси осуществляется в пространственно- изотермических условиях.
Применение модельных образцов, свернутых из фольг, позволяет сохранить поверхность контакта реагентов до момента плавления более тугоплавкого компонента системы. Используя простые модели были количественно расчитаны константы растворения в системах Ni-Al и Ti-Al.
Для систем с сильной экзотермической реакцией, но с плохой проводимостью использовался метод разбавления реакционной смеси проводящим инертом для регистрации кинетических и макрокинетических параметров. Работы проводились над термитными системами, такими как Ti-NiO, Ti-MoO3 и Ti-Fe2O3.


Установка

Создана автоматизированная экспериментальная установка для исследования быстропротекающих реакций методом электротеплового взрыва. Разработано программное обеспечение для проведения эксперимента, анализа и обработки данных экспериментальных ЭТВ-термограмм. Метод апробирован как на порошковых образцах (Ti+C, Ta+C, Ti+B, Ti+Ni, Ni+Al и т.д.), так и на модельных фольговых образцах (Ni+Ti, Ti+Al, Ni+Al).


Применение

Развитие теории горения таких систем, как термиты - с одной стороны и объекты СВС (прежде всего - системы, способные к т.н. безгазовому горению) - с другой, свидетельствует о том, что главной проблемой является отсутствие надежных данных по макрокинетике (и просто - кинетике) быстропротекающих высокотемпературных реакций в этих системах. В работах Мержанова, Манелиса, Зенина, Мальцева и их сотрудников ценная информация о механизме и кинетике быстропротекающих высокотемпературных реакций была получена из данных по измерению температурных полей и скоростей горения конденсированных систем. Однако, для расчета кинетических параметров этими методами необходимы априори сведения об адекватности реальным процессам используемых авторами математических моделей. Такие данные, как правило, отсутствуют. ЭТВ является сегодня, по-видимому, единственным экспериментальным методом, позволяющим без априорных предположений о механизме взаимодействия с количественной полнотой расчитывать макрокинетические характеристики процессов в рекордно-широком интервале изменения рабочих параметров: температур (до 4000 К) и времен превращения (менее 1 мсек).
Данные, полученные в последние 3-5 лет с помощью ЭТВ, были использованы для:
  • построения новых моделей безгазового горения;
  • количественного сопоставления различий в скоростях реагирования в гетерогенных смесях: в статике и в условиях высокоскоростного удара;
  • обоснования возможности безгазовой детонации.
Соответствующие результаты были опубликованы в авторитетных международных журналах, доложены на международных конференциях. Отмечалось, в частности, что использование высокотемпературных кинетических ЭТВ-данных расширяет возможности специалистов, изучающих горение и взрыв в конденсированных средах, так же, как в свое время использование кинетических ударных труб существенным образом расширило возможности изучения механизма горения газов.