Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Теорія горіння та вибуху

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Особливості горіння металів в активних середовищах

Завдяки великій теплоті згорання металеве пальне є важливою складовою конденсованих сумішей. Це викликає підвищений інтерес до вивчення поведінки металу в полум'ї горищах конденсованих систем. Вивчення окислення і горіння металевих частинок дозволяє встановити кінетику окислення металу, температуру займання, час затримки запалення, час горіння, особливості процесу горіння металу, параметри конденсації металевого оксиду. Знання характеристик горіння металу дає можливість оцінити їх вплив на параметри горіння металізованих систем, тобто на ефективність використання металевого пального. Крім того, розгляд детального механізму горіння металу дозволяє намітити шляхи поліпшення властивостей металевого пального.

Горіння ряду металів в полум'ї конденсованих сумішей вивчено досить широко. Набагато менше вивчено горіння сплавів. Тим часом сплави як металеве пальне мають суттєві переваги і застосовуються всі ширше. Найцікавішими сплавами є подвійні сплави алюмінію з магнієм. Алюміній є високотеплотворним металом, магній при досить великій теплоті згорання володіє проникною оксидною плівкою і високу летючість, що повинно інтенсифікувати горіння недостатньо активно палаючого алюмінію.

Дослідження горіння частинок алюмінієво-магнієвих сплавів в полум'ї конденсованої суміші проводилося на зразках суміші перхлората амонію і уротропіну. На рис. 2.10 наведені фотографії, що показують типові треки палаючих часток. Фотографії а і б отримані кінозйомкою зі швидкістю 40 кадрів в секунду і показують займання окремої металевої частинки далеко від поверхні (я) і па поверхні палаючого зразка (б). Фотографії в і г отримані на фоторегістре і показують послідовне займання декількох частинок, поміщених в зразок через певні інтервали (менш яскраві треки належать частинкам солей натрію, що вводиться в модельну суміш для спектрального визначення температури). На цих фотографіях також можна бачити займання металевих частинок при видаленні від поверхні (в) і на самій поверхні (г). Знімки а і в відносяться до горіння сплаву 65% Al + 35% Mg, а знімки б і г - до горіння сплаву 40% Al + 60% Mg.

Фотографії палаючих часток (Р = 2 МПа, dм = 125 мкм)

Рис. 2.10. Фотографії палаючих часток (Р = 2 МПа, d м = 125 мкм):

а, б кінозйомка, час експозиції 20 мс; в, г - фотореєстрація

На рис. 2.11 наведена залежність часу затримки займання від хімічного складу частинок (кожна точка отримана як середнє обмірів треків 10-12 частинок, які розміщені в зразок). Займання частинок з відносно малим вмістом магнію відбувається на значній відстані від поверхні горіння. Зі збільшенням вмісту магнію час затримки запалення часток швидко зменшується, і частинки, що містять 60-70% магнію, спалахують безпосередньо на поверхні. Займистість частинок з великим вмістом магнію кілька погіршується. Порівняння результатів, отриманих за допомогою фоторегістра і кінозйомкою, показує хороший збіг. Середні значення періоду індукції, певні кінозйомкою, вище, що пояснюється наявністю міжкадрових проміжків.

Залежність часу затримки запалення τ "від складу частинок (Р = 2 МПа, dM = 125 мкм

Рис. 2.11. Залежність часу затримки запалення τ "від складу частинок = 2 МПа, d M = 125 мкм):

1 - кінозйомка; 2 - фотореєстрація

Ширина треків палаючих часток в 3-5 разів перевищує розмір часток. Межі треків дещо розмиті. Характер треків говорить про те, що для більшості сплавів переважає горіння в паровій фазі. З ростом вмісту магнію у частці ширина треків збільшується, тобто збільшується частка Парофазная реакцій або швидкість їх перебігу і, отже, зменшується час згоряння частинок. Час згоряння частинок може бути зменшено і за рахунок вибухового горіння, тобто дроблення частинок під час горіння.

Частка частинок, схильних "вибухового" горінню, зростає зі збільшенням вмісту магнію в сплаві (рис. 2.12), наближаючись до одиниці, коли в сплаві міститься 55-65% магнію, і знову зменшуючись в області сплавів, дуже багатих магнієм. Крива на рис. 2.12, що відображає характер горіння, добре узгоджується з кривою на рис. 2.11, що відбиває характер займання металевої частинки.

Схожа залежність температури займання від хімічного складу для алюмінієво-магнієвих сплавів отримана і іншими дослідниками [1]. Вони відзначають, що швидкість окислення деяких алюмінієво-магнієвих сплавів і їх займистість вище, ніж у магнію.[1]

Отримані залежності добре пояснюються деякими фізико-хімічними властивостями алюмінію і магнію. Як відомо, алюміній має щільну, непроникну оксидну плівку, утруднює окислення металевої частинки навіть при дуже малих товщинах плівки. Вплив магнію на оксидну плівку посилюється тим, що вміст магнію в ній перевищує середній вміст магнію у частці.

Залежність частки η частинок, схильних

Рис. 2.12. Залежність частки η частинок, схильних "вибухового" горінню, від складу частинок (Р = 2 МПа)

Летючість магнію значно перевершує летючість алюмінію; так, при 1300 К пружність парів магнію майже на 6 порядків вище, ніж пружність парів алюмінію: 4,00 • 104 і 6,27 • 10-2 Па відповідно [2]. Тому зі збільшенням вмісту магнію у частці відбувається швидке збільшення сумарної летючості і відповідне прискорення течії хімічних реакцій. Ослаблення оксидної плівки і збільшення летючості сплаву разом з підвищеною реакційною здатністю магнію призводять до того, що з ростом вмісту магнію збільшується швидкість горіння частинок.[2]

Зі збільшенням вмісту магнію понад 70% горіння частинок дещо сповільнюється. Мабуть, це обумовлено підвищенням температури плавлення сплаву. Як випливає з діаграми стану, складеної Т. І. Алексєєвої та ін. [3], при збільшенні вмісту Mg понад 70% починається значне підвищення температури (температурного інтервалу) плавлення сплаву. Це повинно затримувати займання і горіння частинки, так як при плавленні металу всередині оксидної оболонки відбувається помітне збільшення обсягу металу: для алюмінію на +6,4%, а для магнію на 4,2%, і виникають зусилля, здатні викликати руйнування оксидної оболонки, т .е. полегшують перебіг хімічних реакцій. У результаті більш пізнього плавлення частинки, а також триваючого зниження теплоти згоряння займання і горіння часток з дуже високим вмістом магнію дещо сповільнюються.

Таким чином, можна зробити наступні висновки про горіння алюмінієво-магнієвих сплавів:

  • 1. Горіння частинок алюмінієво-магнієвих сплавів протікає у дві стадії, на першій з яких вигорає в основному магній, а на другий - алюміній. При вмісті в сплаві не менше 30% магнію процес горіння не переривається, а при меншому - виникає розрив між стадіями.
  • 2. Горіння магнію і алюмінію відбувається в основному в паровій фазі. При горінні магнію тверда оксидна оболонка на частці є нещільної, і магній дифундує через неї, що призводить до утворення неоднорідного полум'я, що складається з окремих факелів; розмір світної зони протягом цієї стадії не змінюється. При горінні алюмінію плівка оксиду знаходиться в рідкому стані і полум'я є сферичним і однорідним; розмір зони горіння зменшується по мірі вигоряння частинки.
  • 3. При підвищенні вмісту магнію в сплаві збільшується розмір зони горіння і тривалість першої стадії процесу горіння.
  • 4. При підвищенні температури навколишнього середовища горіння частинок всіх алюмінієво-магнієвих сплавів при нормальному атмосферному тиску супроводжується дробленням частинок.
  • 5. При підвищених тисках найбільш інтенсивно горять сплави, що містять 30-45% алюмінію і 55-70% магнію.

  • [1] Гуревич XI. А. та ін. Статистичний метод отримання характеристик горіння частинок металів // Фізика горіння і вибуху. 1969. Т. 5. №3. С. 441-467.
  • [2] Хайкін Б. І., Блошенко В. Н., Мержанов А. Г. Про займанні частинок металів // Фізика горіння і вибуху. 1970. Т. 6. № 4. С. 474-488.
  • [3] Алексєєва Т. І., Гуревич М.А., Озеров E. С. Займання частинки алюмінію // Праці Ленінград, політехн. інстр. 1967. Т. 280. С. 98112.
 
<<   ЗМІСТ   >>