Крайнов А.Ю.   Моисеева К.М.   Порязов В.А.   Крайнов Д.А.  

Физико-математическая модель высокотемпературного окисления наноразмерной частицы алюминия

Докладчик: Крайнов А.Ю.

Частицы алюминия в среде окислителя при высокой температуре реагируют с окислителем с образованием оксида алюминия. При сгорании алюминия выделяется большое количество тепла. Поэтому порошок алюминия добавляется в состав твердых ракетных топлив для повышения температуры сгорания топлива. Процессы высокотемпературного окисления наноразмерных частиц алюминия имеют свои особенности [1].
Целью работы является численное решение задачи о высокотемпературном окислении наноразмерной частицы алюминия, сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными, определение величин показателя в степенных зависимостях времени сгорания частицы от диаметра, температуры, давления и процентного содержания кислорода в окружающем газе.
В докладе представлена физико-математическая модель высокотемпературного окисления наноразмерной частицы алюминия. Модель учитывает диффузию окислителя и паров алюминия через шаровой слой оксида алюминия вокруг расплава алюминия, зависимость скорости реакции между кислородом и алюминием от температуры. Математическая модель состоит из уравнений диффузии окислителя и алюминия в слое оксида алюминия с учетом их расходования в химической реакции.
Расчеты времени сгорания наноразмерной частицы алюминия диаметром 80 нм в зависимости от температуры и давления окружающего газа, концентрации кислорода совпали с результатами экспериментальных измерений, представленных в [2]. Проведенное вычисление величин показателей степени зависимости времени сгорания наноразмерной частицы алюминия от диаметра, температуры и давления окружающей среды показало, что величины показателей степеней зависят от температуры, давления и диаметра.
Разработанная модель высокотемпературного окисления наноразмерной частицы алюминия была применена для решения задач о распространении фронта горения в аэровзвеси наноразмерного порошка алюминия [3], определения скорости горения замороженной водяной суспензии нанодисперсного алюминия [4], скорости распространения фронта горения в аэрозоле суспензии нанопорошка алюминия в керосине. При решении указанных задач во всех точках пространства решаются задачи горения наноразмерных частиц алюминия по разработанной математической модели и определяются источники тепла для задачи на макроуровне. Полученные данные используются в системе уравнений макроуровня – системы уравнений динамики двухфазной реагирующей среды.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №17-79-20011).
Список литературы.
1. Сандарам Д., Янг В., Зарко В. Е. Горение наночастиц алюминия (обзор). Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51, № 2. С. 37-63.
2. Bazyn T., Krier H., Glumac N. Combustion of nanoaluminum at elevated pressure and temperature behind reflected shock waves. Combustion and Flame. 2006. V. 145. Р. 703–713.
3. Krainov, A. Y., Poryazov, V. A., Moiseeva, K. M., Krainov, D. A. Mathematical combustion model of nanoaluminum-air suspension. Combustion Theory and Modelling. 2019. V. 24. P. 1–17.
4. Крайнов А. Ю., Порязов В. А. Математическая модель и расчет скорости горения замороженной водяной суспензии нанодисперсного алюминия. Инженерно-физический журнал. 2019. Т. 92, № 5. С. 2378-2388.


К списку докладов