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 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».