ChISLENNOE MODELIROVANIE ELEKTROTEPLOVOGO VZRYVA PRI DINAMIChESKOM UVELIChENII TEPLO- I ELEKTROPROVODNOSTI REAKTsIONNOY SREDY

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

С помощью численного моделирования изучено влияние объемной электрической мощности и динамической тепло- и электропроводности реакционной среды на закономерности электротеплового взрыва. Рассчитаны содержание продукта реакции и относительное электрическое сопротивление цилиндрического образца с учетом линейной зависимости функции проводимости от конверсии. Представлены профили степени конверсии при воспламенении в около- и надкритическом режимах. Разделение режимов определяется электрической мощностью, при которой содержание продукта реакции в момент воспламенения является минимальным. В качестве критерия воспламенения использовано условие достижения полной конверсии в любой точке. Уменьшение исходной проводимости в околокритическом режиме не влияет на размер области воспламенения, а в надкритическом режиме расширяет ее. Рассчитаны скорость распространения фронта реакции и длительность стадий воспламенения и распространения. Предложен способ диагностики режимов электротеплового взрыва, основанный на анализе параметрических кривых зависимости электрического сопротивления от температуры на оси цилиндрического образца. Показано, что адиабатическая и неадиабатическая кривые пересекаются на стадии распространения фронта реакции в околокритическом режиме и не пересекаются в надкритическом режиме.

References

  1. Munir Z.A., Anselmi-Tamburini U., Ohyanagi M. The Effect of Electric Field and Pressure on the Synthesis and Consolidation of Materials: A Review of the Spark Plasma Sintering Method // J. Mater. Sci. 2006. V. 41. № 3. P. 763.
  2. Olevsky E.A., Dudina D.V. Field-assisted Sintering: Science and Applications. Springer Cham, 2018. 425 p.
  3. Tokita M. Progress of Spark Plasma Sintering (SPS) Method, Systems, Ceramics Application and Industrialization // Ceramics. 2021. V. 4. № 2. P. 160.
  4. Munir Z.A. The Effect of External Electric Fields on the Nature and Properties of Materials Synthesized by Self-propagating Combustion // Mater. Sci. Eng. A. 2000. V. 287. № 2. P. 125.
  5. Grigoryev E., Abedi M., Goltsev V., Osintsev A., Plotnikov A., Moskovskikh D. Specific Features of Highvoltage Consolidation of Powders: Theoretical and Experimental Study // Metall. Mater. Trans. B. 2022. V. 53. № 3. P. 1552.
  6. Belyaev V.V., Kovalev O.B. Simulation of One Method of Laser Welding of Metal Plates Involving an SHSreacting Powder Mixture // Int. J. Heat Mass Transfer. 2009. V. 52. № 1–2. P. 173.
  7. Feng A., Munir Z.A. The Effect of an Electric Field on Self-sustaining Combustion Synthesis: Part I. Modeling Studies // Metall. Mater. Trans. B. 1995. V. 26. P. 581.
  8. Feng A., Munir Z.A. The Effect of an Electric Field on Self-sustaining Combustion Synthesis: Part II. Fieldassisted Synthesis of β-SiC // Metall. Mater. Transf. B. 1995. V. 26. P. 587.
  9. Мержанов А.Г. Процессы горения и взрыва в физикохимии и технологии неорганических материалов // Успехи химии. 2003. Т. 72. № 4. С. 323.
  10. Щербаков А.В., Щербаков В.А., Баринов В.Ю. Синтез композитов ZrB2–CrB методом электротеплового взрыва под давлением // Письма о материалах. 2019. Т. 9. № 1. С. 39.
  11. Shcherbakov A.V., Shcherbakov V.A. TaC by Electrothermal Explosion under Pressure // Int. J. SelfPropag. High-Temp. Synth. 2020. V. 29. № 2. P. 122.
  12. Щербаков В.А., Грядунов А.Н., Алымов М.И. Ультратугоплавкий композит Hf4ZrC5, полученный электротепловым взрывом под давлением // Докл. РАН. Химия, науки о материалах. 2021. Т. 496. № 1. С. 44.
  13. Barzykin V.V. High-temperature Synthesis in a Thermal Explosion Regime // Int. J. Self-Propag. HighTemp. Synth. 1993. V. 2. № 4. P. 391.
  14. Hendaoui A., Vrel D., Amara A., Fagnon N., Langlois P., Guérioune M. One-step Synthesis and Densification of Ti–Al–C-based Cermets by ETEPC // Int. J. SelfPropag. High-Temp. Synth. 2009. V. 18. № 4. P. 263.
  15. Abedi M., Moskovskikh D.O., Rogachev A.S., Mukasyan A.S. Spark Plasma Sintering of Titanium Spherical Particles // Metall. Mater. Trans. B. 2016. V. 47. P. 2725.
  16. Abedi M., Asadi A., Sovizi S., Moskovskikh D., Ostrikov K., Mukasyan A. Electrical and Heat Distributions and their Influence on the Mass Transfer During the Flash Spark Plasma Sintering of a Cu/Cr Nanocomposite: Experiments and Numerical Simulation // Materials. 2022. V. 15. № 20. P. 7366.
  17. Xue H., Munir Z.A. Field-activated Combustion Synthesis of TaC // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 1996. V. 15. № 3. P. 229.
  18. Щербаков В.А., Щербаков А.В., Бостанджиян С.А. Электротепловой взрыв смеси титан–сажа в условиях квазиизостатического сжатия. Часть 1. Тепловые и электрические параметры // ФГВ. 2019. Т. 55. № 1. С. 83.
  19. Щербаков В.А., Щербаков А.В., Бостанджиян С.А. Электротепловой взрыв смеси титан–сажа в условиях квазиизостатического сжатия. Часть 2. Кинетика и механизм взаимодействия в смеси титан–сажа // ФГВ. 2019. Т. 55. № 1. С. 92.
  20. Щербаков В.А., Щербаков А.В. Электротепловой взрыв смеси титан–сажа в условиях квазиизостатического сжатия. III. Влияние давления квазиизостатического сжатия // ФГВ. 2019. Т. 55. № 6. С. 65.
  21. Bukrina N.V., Knyazeva A.G. The Effect of the Stages of Chemical Reactions on the Composition of the Products Formed under a Dynamic Thermal Explosion of the Mixtures of Aluminium and Nickel Powders // Int. Commun. Heat Mass Transfer. 2021. V. 127. P. 105489.
  22. Гордополова И.С., Щербаков В.А. Моделирование электротеплового взрыва с учетом изменения теплоэлектрических характеристик безгазовой системы // ФГВ. 2021. Т. 57. № 5. С. 55.
  23. Александров В.В., Давыденко А.А., Коваленко Ю.А., Петрожицкий В.И., Поддубный Н.П. Характеристики стационарной волны горения в безгазовых системах с изменяющимися теплофизическими параметрами // ФГВ. 1984. Т. 20. № 1. С. 27.
  24. Zhang L., Wang Z. Thermal Investigation of Fabricating Porous NiTi SMA by SHS // Experimental Thermal Fluid Sci. 2008. V. 32. № 6. P. 1255.
  25. Merzhanov A.G., Abramov V.G. Thermal Explosion of Explosives and Propellants. A Review // Propellants Explos. Pyrotech. 1981. V. 6. № 5. P. 130.
  26. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. 502 с.
  27. Makino A. Fundamental Aspects of the Heterogeneous Flame in the Self-propagating High-temperature Synthesis (SHS) Process // Prog. Energy Combust. Sci. 2001. V. 27. P. 1.
  28. Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику. М.: Физматлит, 2012. 400 с.
  29. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1989. 656 с.
  30. Feng A., Graeve O.A., Munir Z.A. Modeling Solution for Electric Field-activated Combustion Synthesis // Comput. Mater. Sci. 1998. V. 12. № 2. P. 137.
  31. Carrillo-Heian E.M., Graeve O.A., Feng A., Faghih J.A., Munir Z.A. Modeling Studies of the Effect of Thermal and Electrical Conductivities and Relative Density of Field-activated Self-propagating Combustion Synthesis // J. Mater. Res. 1999. V. 14. № 5. P. 1949.
  32. Щербаков А.В., Щербаков В.А. Моделирование режимов электротеплового взрыва безгазовой системы. Влияние кондуктивного теплообмена и мощности джоулева нагрева // ФГВ. 2024. Т. 60. № 1. С. 63.
  33. Князева А.Г., Чащина А.А. Численное исследование задачи о тепловом воспламенении в толстостенном сосуде // ФГВ. 2004. Т. 40. № 4. С. 67.
  34. Мержанов А.Г., Озерковская Н.И., Шкадинский К.Г. Динамика теплового взрыва в послеиндукционный период // ФГВ. 1999. Т. 35. № 6. С. 65.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).