Пламена неметаллизированных смесей

В качестве неметаллизированных смесей (не содержащих металлов) следует рассматривать смеси на основе перхлората калия и уротропина (72: 28 масс, ч.) с добавками полиметилметакрилата (ПММА) (до 16 масс. ч. сверх 100). Горение смесей протекает с образованием стационарного пламени. В процессе горения наблюдается изменение температуры. Максимальное отклонение температуры от среднего значения за весь период стационарного горения, как правило, не превышает 50 К. В зависимости от соотношения компонентов среднеквадратичное отклонение результата отдельного измерения составляет 9−30 К. При увеличении содержания полиметилметакрилата до 5−10 масс. ч. температура продуктов горения, усредненная во времени, незначительно увеличивается (рис. 1.17). Это можно объяснить частичным сгоранием продуктов разложения ПММА за счет кислорода воздуха. Выделяющееся при этом тепло компенсирует затраты энергии на разложение ПММА и повышение теплосодержания образующихся продуктов. При дальнейшем увеличении содержания ПММА температура продуктов сгорания начинает незначительно уменьшаться. Полученные результаты свидетельствуют о том, что максимальное значение усредненных во времени температур соответствует обогащенной горючим смеси с кислородным балансом «-35 и стехиометрическим коэффициентом? возд «1,66.

Рис. 1.17. Зависимость температуры продуктов сгорания смеси перхлората калия с уротропином от содержания полиметилметакрилата (ПММА) (% сверх 100) и кислородного баланса (к. б.).

Максимальная (неусредненная во времени) измеренная температура для смеси с содержанием 2 масс. ч. ПММА равна 2230 °C.

Пламена металлизированных смесей и термита

Горение металлизированных смесей при участии собственного окислителя характеризуется изменением температуры по высоте пламени и во времени. Характер изменения средних (усредненных во времени) значений температур по высоте пламени обусловлен совокупным влиянием процесса тепловыделения за счет протекания экзотермических реакций окисления и процесса охлаждения потока. Вначале происходит предпочтительное сгорание металлического горючего за счет собственного окислителя, что сопровождается интенсивным свечением нижней части пламени. Средняя температура вблизи поверхности горения смеси на основе натриевой селитры, алюминиевого порошка и органического горючего составляет 2200 °C. По мере удаления от поверхности горения наблюдается уменьшение интенсивности свечения и некоторое уменьшение температуры. При дальнейшем удалении от поверхности горения температура незначительно возрастает вследствие догорания продуктов разложения органических составляющих смеси за счет кислорода воздуха. На участке 1/3−2/3 общей высоты пламени температура практически не меняется, а затем начинает уменьшаться вследствие охлаждения пламени. Среднее значение температуры пламени при горении смеси практически не зависит от размера образца.

Характер изменения температур во времени аналогичен характеру изменения интенсивности излучения. Наблюдаются крупномасштабные пульсации, вызванные естественной турбулизацией потока, с периодом 0,4−1,5 с и местные более высокочастотные колебания (с периодом 0,1−0,04 с) температуры, обусловленные, очевидно, неоднородностью среды (протеканием элементарных процессов горения и наличием конденсированной фазы). Изменение температуры за время одной пульсации для смеси на основе натриевой селитры, алюминиевого порошка и органической составляющей может достигать 270°; изменение температуры, вызванное местными колебаниями, может достигать 70° (рис. 1.18).

Рис. 1.18. Типичное изменение температуры за время одной пульсации при горении металлизированной смеси (диаметр образца 2 • 10-2 м).

Максимальная измеренная температура продуктов сгорания подобной смеси составляет 2290 °C. Расчетное значение температуры горения смеси в воздухе (а = 1) равно 2300 °C. Очевидно, в диффузионном пламени смесей, содержащих собственный окислитель, вследствие турбулентности могут создаваться такие области, в которых горение происходит практически без потерь тепла.

Горение термита характеризуется резким изменением температуры во времени и по высоте факела. Наблюдаются отдельные вспышки, отличающиеся по интенсивности и длительности. Изменение температур во время отдельных вспышек может достигать 500° и более (рис. 1.19). Горение термита характеризуется исключительно высокой температурой продуктов сгорания. Так, например, максимальная температура продуктов сгорания железо-алюминиевого термита с активирующей добавкой (75: 25: 5 масс, ч.) за время интенсивной вспышки достигает 2800 °C. Исключительно высокие температуры продуктов сгорания термита обусловлены их незначительной теплоемкостью.

Рис. 1.19. Типичное изменение температуры при горении термита за время интенсивной вспышки.