Исследование закономерностей горения смесевого твердого топлива, содержащего порошок бора
Автор: Ксения Михайловна Моисеева
Соавторы: А.Ю. Крайнов, В.А. Порязов
Организация: Томский государственный университет
В докладе представлены результаты численного исследования горения смесевого твердого топлива, содержащего порошок бора. Представлены результаты расчета скорости горения смесевого твердого топлива, содержащего частицы бора, от давления над поверхностью топлива. Постановка задачи основана на сопряженной модели горения смесевого твердого топлива [1] и модели горения порошка бора [2].
Математическая постановка задачи определяется системой уравнений, записанной в декартовой системе координат для области, определяющей процессы в твердом топливе и области на поверхностью горения. В твердом топливе решаются уравнение теплопроводности в твердом топливе уравнение разложения окислителя в твердом топливе. В расчетной области, определяющей процессы над поверхностью смесевого твердого топлива, решаются уравнения сохранения массы, импульса и энергии для газа и частиц, баланса массы кислорода, газообразных продуктов реакции, твердого оксида бора в частицах, счетной концентрации частиц и состояния газа. В уравнениях, определяющих математическую постановку задачи, правые части, отвечающие за химическое взаимодействие газа и частиц, определяются через радиус бора в частице, окисление определяется эффективной диффузией через оксидный слой. Слагаемые, определяющие инерционное и тепловое взаимодействие определяются через радиус самой частицы, состоящей на этапе окисления из бора и оксидного слоя, на этапе горения из оголившегося бора. Подробности модели окисления и горения частиц бора приведены в [2].
Задача решалась численно с использованием методов, аналогичных [2].
На рисунке 1 представлена зависимость линейной скорости горения смесевого твердого топлива, содержащего полидисперсный порошок бора, от давления газа над поверхностью горения. Точками представлены результаты численно расчета, сплошной линией аппроксимация расчета степенным законом.
Подробности исследования представлены в работе [3].
Дальнейшее исследование касалось использования PSU-модели для описания процессов окисления и горения частиц бора.
Модель PSU была дополнена допущениями [2] и дала изменения в законе горения частиц бора в составе смесевых твердых топлив.
1. Порязов В.А., Крайнов А.Ю. Расчет скорости горения металлизированного смесевого твердого топлива с учетом распределения агломератов по размерам. Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89. № 3. С. 568-574.
2. Крайнов А. Ю., Крайнов Д. А., Моисеева К. М. и др. Математическое моделирование горения газовзвеси порошка бора // Инженерно-физический журнал. 2021. Т. 94, № 2. C. 360 – 371.
3. Порязов В.А., Моисеева К.М., Крайнов А.Ю. Исследование горения смесевого твердого топлива с добавкой порошка бора // Физика горения и взрыва. 2022. Т. 58. № 5. В печати.