Конвективный и кондуктивный режимы горения гранулированных смесей Ti–C–B. Определение коэффициента теплообмена фильтрующегося газа с гранулами

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Проведены исследования закономерностей горения системы (100 – х)(Ti + C) – х(Ti + 2B) насыпной плотности в порошковом и гранулированном виде. Показано, что зависимость скорости горения порошковой смеси от содержания Ti + 2B имеет немонотонный характер, что связано с влиянием примесного газовыделения на процесс горения. Для гранулированной смеси получена монотонная зависимость, имеющая два характерных участка. Увеличение скорости горения при содержании (Ti + 2B) >60 мас. % позволило сделать вывод о смене кондуктивного режима горения на конвективный. Для конвективного режима горения показано, что уменьшение содержания газифицирующейся добавки в смеси (грануляция этиловым спиртом) приводит к неожиданному результату: увеличению скорости горения системы для составов x = 90 и 100 мас. %. Для составов с содержанием (Ti + 2B) >60 мас. % впервые определена скорость горения при отводе примесного газа через боковую поверхность образца. Это позволило исключить влияние конвективного теплопереноса и определить скорость горения вещества внутри гранул. Совокупность имеющихся экспериментальных данных и результаты проведенных расчетов показали, что критическим условиям перехода горения в конвективный режим для гранул диаметром 1.7 мм отвечает состав при x = 60 мас. %, а для гранул диаметром 0.6 мм – при x = 80 мас. %. Установлено значительное различие расчетных и экспериментальных коэффициентов теплообмена газового потока с гранулами в конвективном режиме горения. Основной причиной отличия является химически активная среда исследуемых составов.

About the authors

Р. А. Кочетков

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН

Email: seplb1@mail.ru
Russian Federation, Черноголовка

Б. С. Сеплярский

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН

Email: seplb1@mail.ru
Russian Federation, Черноголовка

Д. С. Васильев

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН

Author for correspondence.
Email: d.s.vasilyev@mail.ru
Russian Federation, Черноголовка

References

  1. Vallauri D., Atias Adrian I.C., Chrysanthou A. TiC‒TiB2 Composites: A Review of Phase Relationships, Processing and Properties // J. Eur. Ceram. Soc. 2008. V. 28. № 8. P. 1697.
  2. Matsuda T. Synthesis and Sintering of TiC‒TiB2 Composite Powders // Mater. Today Commun. 2020. V. 25. 101457.
  3. Brodkin D., Kalidindi S., Barsoum M., Zavaliangos A. Microstructural Evolution During Transient Plastic Phase Processing of Titanium Carbide-Titanium Boride Composites // J. Am. Ceram. Soc. 1996. V. 79. № 7. P. 1945.
  4. Qian J.C., Zhou Z.F., Zhang W.J. et al. Microstructure and Tribo-mechanical Properties of Ti–B–C Nanocomposite Films Prepared by Magnetron Sputtering // Surf. Coat. Technol. 2015. V. 270. № 25. P. 290.
  5. Rogachev A.S., Mukasyan A.S. Combustion for Material Synthesis. N.Y.: CRC Press, Taylor and Francis Group, 2015. P. 424.
  6. Levashov E.A., Mukasyan A.S., Rogachev A.S., Shtansky D.V. Self-propagating High-temperature Synthesis of Advanced Materials and Coatings // Int. Mater. Rev. 2017. V. 62. 1243291.
  7. Merzhanov A.G. Solid Flames: Discoveries, Concepts, and Horizons of Cognition // Comb. Sci. Technol. 1994. V. 98. P. 307.
  8. Шкадинский К.Г., Струнина А.Г., Фирсов А.Н., Демидова Л.Д., Барзыкин В.В. Математическое моделирование горения пористых малогазовых составов // ФГВ. 1991. Т. 27. № 5. С. 84.
  9. Aldushin A.P., Martemyanova T.M., Merzhanov A.G., Khaikin B.I., Shkadinskii K.G. Propagation of the Front of an Exothermic Reaction in Condensed Mixtures with the Interaction of the Components Through a Layer of High-melting Product // Combust. Exp. Shock Waves. 1972. V. 8. № 2. P. 159.
  10. Мержанов А.Г., Мукасьян А.С. Твердопламенное горение. М.: Торус Пресс, 2007.
  11. Rubtsov N.M., Seplyarskii B.S., Alymov M.I. Ignition and Wave Processes in Combustion of Solids. Switzerland: Springer Int. Publ. AG, Cham., 2017.
  12. Кочетов Н.А., Сеплярский Б.С. Влияние примесных газов на горение механически активированной смеси Ni + Al // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 1. С. 42.
  13. Vadchenko S.G. Effect of Thermal Treatment in Vacuum on Ignition of Titanium Compacts in Hydrogen // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2010. V. 19. P. 206.
  14. Nikogosov V.N., Nersesyan G.A., Sherbakov V.A., Kharatyan S.L., Shteinberg A.S. Influence of a Blowing Agent on Mechanism of Combustion and Degassing in a Titanium-carbon Black System // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 1999. V. 8. № 3. P. 321.
  15. Сеплярский Б.С. Природа аномальной зависимости скорости горения безгазовых систем от диаметра // Докл. РАН. 2004. Т. 396. № 5. С. 640.
  16. Seplyarskii B.S., Kochetkov R.A. Granulation as a Tool for Stabilization of SHS Reactions // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2017. V. 26. № 2. P. 134.
  17. Сеплярский Б.С., Тарасов А.Г., Кочетков Р.А., Ковалев И.Д. Закономерности горения смеси Ti + TiC в спутном потоке азота // ФГВ. 2014. Т. 50. № 3. С. 61.
  18. Сеплярский Б.С., Абзалов Н.И., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г. Влияние содержания поливинилбутираля на режим горения гранулированной смеси (Ti + C) + xNi // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 3. C. 23.
  19. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А. Исследование закономерностей горения порошковых и гранулированных составов Ti + xC (x > 0.5) в спутном потоке газа // Хим. физика. 2017. Т. 36. № 9. С. 21.
  20. Алдушин А.П., Мержанов А.Г. Распространение тепловых волн в гетерогенных средах. Новосибирск: Наука, 1988.
  21. Гольдштик М.А. Процессы переноса в зернистом слое. Новосибирск: ИТФ СОАН СССР, 1984.
  22. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г., Абзалов Н.И. Влияние размеров гранул Ti + C на закономерности горения в потоке азота // ФГВ. 2021. Т. 57. № 1. С. 65.
  23. Акопян А.Г., Долуханян С.К., Боровинская И.П. Взаимодействие титана, бора и углерода в режиме горения // ФГВ. 1978. № 3. С. 70.
  24. Щербаков В.А., Питюлин А.Н. Особенности горения системы Ti–C–B // ФГВ. 1983. № 5. С. 108.
  25. Grigoryan Н.Е., Rogachev A.S., Sytschev А.Е. Gasless Combustion in the Ti–C–Si System // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 1997. V. 6. № 1. P. 29.
  26. Vadchenko S.G. Gas Release During Combustion of Ti + 2B Films: Influence of Mechanical Alloying // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2015. V. 24. P. 89.
  27. Nikogosov V.N., Nersesyan G.A., Shcherbakov V.A., Kharatyan S.L., Shteinberg A.S. Influence of a Blowing Agent on Mechanisms of Combustion and Degassing in a Titanium‒Carbon Black System // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 1999. V. 8. P. 321.
  28. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г. и др. Макрокинетический механизм горения порошковых и гранулированных смесей 5Ti + 3Si: влияние примесного газовыделения и размера частиц титана // Хим. физика. 2022. Т. 96. № 5. С. 660.
  29. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г., Васильев Д.С. Причина увеличения скорости горения порошковой смеси Ti + C при разбавлении медью // ФГВ. 2023. № 3. С. 100.
  30. Зенин А.А., Мержанов А., Несесян Г.А. Исследование структуры тепловой волны в СВС-процессах // ФГВ. 1981. Т. 17. № 1. С. 79.
  31. Мартиросян Н.А., Долуханян С.К., Мержанов А.Г. Экспериментальные наблюдения неединственности стационарных режимов горения в системах с параллельными реакциями // ФГВ. 1983. № 6. С. 22.
  32. Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братсковский А.М. и др. Физические величины. Спр. М.: Энергоатомиздат, 1991. С. 1232.
  33. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г., Абзалов Н.И. Экспериментально-теоретическое определение коэффициента межфазового теплообмена при горении гранулированной СВС-смеси в потоке газа // ТВТ. 2022. Т. 60. № 1. С. 81.
  34. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.
  35. Касацкий Н.Г., Филатов В.М., Найбороденко Ю.С. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1991.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».