Направления исследований

Основой деятельности Лаборатории является выполнение фундаментальных и прикладных исследований по направлениям:

• общая и структурная макрокинетика процессов горения и взрыва;
• управление процессами горения и взрыва, химическая энергетика.

Область исследований

В соответствии с планами научно-исследовательских работ Института, утвержденными Ученым советом Института, Лаборатория ведет фундаментальные и прикладные исследования по темам:

• Особенности химического механизма и кинетики процессов цепного воспламенения, горения, взрыва и детонации;
• Химическое управление горением, взрывом и детонацией газов (ингибиторы, аэрозоли, присадки);
• Гетерогенные реакции атомов и радикалов, ускоряющие горение.

Исследования проводятся с целью развития теории горения, а также совершенствования и разработки новых эффективных химических методов управления горением и взрывом газов в соответствии с запросами практики, прежде всего для обеспечения взрывобезопасности в шахтах и других стратегических объектах.

Основные результаты

• В.В. Азатян – ученик и последователь академиков Н.Н. Семенова и В.В. Воеводского, их соавтор в ряде статей. Основные работы В.В. Азатяна посвящены развитию теории цепных реакций, разработке теории неизотермических режимов этих процессов, созданию методов их регулирования. В его работах показано, что вопреки сложившимся представлениям, открытый Н.Н. Семеновым и С Хиншельвудом разветвленно-цепной механизм является определяющим фактором горения газов не только при давлениях в сотни раз ниже атмосферного давления и в изотермических условиях, но также при атмосферном давлении и повышенных давлениях, в любом температурном режиме. Возникающий в ходе цепного горения саморазогрев усиливает цепную лавину. Обращено внимание на то, что в силу очень больших энергий активации межмолекулярных реакций, используемая в теории теплового горения одностадийная модель не может обеспечить необходимую для горения скорость процесса. Учет выявленного таким образом основного фактора в газофазных реакциях горения, взрыва и детонации при давлениях, важных для практики, позволил объяснить большое число важных закономерностей, не находивших объяснения без учета определяющей роли цепной лавины, в том числе, сам факт протекания указанных процессов в указанной широкой области давлений.
• Предсказано и обнаружено наличие двух режимов развывшегося цепного горения. В одном режиме лавинным процессом является только ускоряющееся разветвление цепей, усиливаемое саморазогревом. Во втором режиме прогрессирующим является также ускорение саморазогрева, вызванное ростом температуры (цепно-тепловой взрыв). Показана важная роль цепно-теплового взрыва в детонации. Осуществлено разрушение стационарных детонационных волн путем обрыва реакционных цепей с помощью ингибиторов. Тем самым, вопреки сложившимся представлениям, показана определяющая роль цепной лавины также в стационарной детонации.
• Выяснено, что зависимость скорости реакций газофазного горения от температуры, представляет собой «экспоненту в экспоненте». Это позволило адекватно объяснить большое число особенностей горения и взрыва, в том числе: очень большие скорости процессов, критический характер перехода горения во взрыв, сильное влияние примесей на горение, взрыв и детонацию.
• Предсказано и обнаружено явление гетерогенного развития реакционных цепей, играющее важную роль в процессах горения, в том числе, определяющее гистерезисы и новые критические явления.
• Обнаружен и исследован класс быстрых газофазных реакций прямого замещения атомов в многоатомных молекулах термически равновесными атомарными реагентами. Выяснена их роль в горении, пиролизе и в изотопном обмене. Разработан метод их изучения. Экспериментально и методами квантовой химии определены аррениусовской параметры и структура активированного комплекса ряда таких реакций. Выяснена важная роль реакций вытеснения атомов металлов из их солей атомарным водородом в пламени.
• Методами ЭПР, ЛМР и оптической спектроскопии в зоне пламени ряда процессов горения впервые идентифицированы ведущие свободные радикалы и атомы, в том числе, НО2, NCI2, CI, Н, О, Р, S в разных процессах горения. Разработаны прецизионные методы определения констант скорости элементарных реакций, нашедшие применение также в других институтах. Впервые определены признанные теперь величины констант скорости ряда ключевых реакций в пламенах. На примере взрывного распада треххлористого азота показано участие электронно-возбужденных молекул в разветвлении цепей. Установлен разветвленно-цепной характер реакций хлора с фосфином, моногерманом, дихлорсиланом, участие в них колебательного возбуждения.
• Обнаружены новые реакции развития и обрыва цепей процессах горения и пиролиза N2H4, NCI3, CS2.
• На базе разрабатываемой теории неизотермических цепных процессов предложены и реализованы методы эффективного регулирования процессов распространения пламени, цепно-теплового взрыва, перехода дефлаграции в детонацию в смесях водорода, метана синтез газа и пропана с воздухом с помощью эффективных, экологически, чистых ингибиторов. Методы прошли испытания в больших объемах в Москве и в Кемерово, получили положительную оценку межведомственных комиссий. За эти разработки В.В. Азатян был награжден золотым орденом Кемеровской области «За доблестный шахтерский труд» первой степени.
• Научные испытания ингибиторов метановоздушной смеси для предотвращения взрывов в угольных шахтах.
   Видео (70 Mb)