КОНВЕКТИВНОЕ ГОРЕНИЕ И ВЗРЫВ В СМЕСЯХ НА ОСНОВЕ НИТРАТА АММОНИЯ
Authors:   Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук, ЕРМОЛАЕВ Б. С. , ХУДАВЕРДИЕВ В. Г. ,   Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук, БЕЛЯЕВ А. А. ,   Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук, ХРАПОВСКИЙ В. Е. ,   Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук, СУЛИМОВ А. А. ,   Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук
Published: December 2020

Исследованы конвективное горение и переход горения в низкоскоростную детонацию (НСД) в смесях нитрата аммония с древесным углем и алюминием насыпной плотности. Опыты проводились в манометрической бомбе и в цилиндрических оболочках с образцами длиной до 600 мм. Максимальный градиент давления, который определялся по записи давления в полости манометрической бомбы, был выбран в качестве меры для сравнения образцов по активности горения. Показано, что величина этого параметра изменяется в широком диапазоне в зависимости от содержания горючего, дисперсности компонентов, длины образца и давления, создаваемого воспламенителем. При измельчении частиц нитрата аммония активность горения смесей в целом возрастает, хотя зависимость не монотонна. Все смеси с древесным углем и большая часть исследованных смесей с алюминием марки АСД-4 сгорали в манометрической бомбе без взрыва. Исключение составила смесь тонко измельченного нитрата аммония (20-40 мкм) с 18% АСД-4, для которой горение завершалось взрывом с резкими колебаниями давления амплитудой несколько килобар. Аналогичные взрывы получены на этой же смеси, если использовались алюминиевая пудра ПАП-2 или наноразмерный порошок Alex. Опыты в цилиндрических оболочках с одновременной фото- и пьезорегистрацией проводились на смесях с тонко измельченным нитратом аммония. Длина образцов (до 600 мм на смесях с древесным углем и до 300 мм на смесях с алюминием АСД-4) оказалась недостаточной, чтобы надежно зарегистрировать переход к НСД. Однако записи давления обнаруживают переход к очень быстрому росту давления, который возникает с некоторой задержкой после прохождения фронта конвективного горения и сопровождается формированием яркосветящейся зоны на фоторазвертках. Этот процесс можно классифицировать как взрыв. Четкое фото перехода горения в НСД с длиной переходного участка 100 мм получено на смесях с наноразмерным алюминием. Здесь отчетливо видно образование вторичной волны яркого свечения в зоне позади фронта конвективного горения и возникновение НСД после того, как вторичная волна догоняет фронт конвективного горения. Развитие взрыва при горении смесей с алюминием анализировалось с помощью математического моделирования. В расчетах переход горения в НСД получен на смеси нитрата аммония (100 мкм) с 8% алюминия (4 мкм). Механизм перехода связан с энергичным разогревом смеси в волне уплотнения, которая генерируется перед фронтом конвективного горения. Ключевым фактором является горение алюминия. Однако зависимость скорости горения алюминия от содержания окисляющих газов приводит к тому, что такие факторы, как измельчение частиц нитрата аммония или изменение содержания алюминия в смеси, также оказывают заметное влияние на динамику взрыва.