Поиск в базе сайта:
Удк 535. 341. 08 + 541. 126. 2 Моделирование химической реакции в энергетических материалах, содержащих наночастицы металлов icon

Удк 535. 341. 08 + 541. 126. 2 Моделирование химической реакции в энергетических материалах, содержащих наночастицы металлов




Скачать 30.86 Kb.
НазваниеУдк 535. 341. 08 + 541. 126. 2 Моделирование химической реакции в энергетических материалах, содержащих наночастицы металлов
Дата конвертации23.08.2014
Вес30.86 Kb.
КатегорияТексты

УДК 535.341.08 + 541.126.2

Моделирование химической реакции в энергетических материалах, содержащих наночастицы металлов

Никитин А.П.

Кафедра химии твердого тела

ФГБОУ ВПО Кемеровский государственный университет

kriger@kemsu.ru
Микроочаговая модель инициирования взрывного разложения энергетических материалов основывается на предположении, что в объеме прозрачного вещества находятся включения, способные к поглощению лазерного излучения. Предполагается, что основным следствием поглощения света включениями является их нагрев (без плавления и испарения), приводящий к увеличению температуры окружающего энергетического материала и образованию очага самоподдерживающейся экзотермической реакции.

Было показано, что добавки сильнопоглощающих наноразмерных включений сажи, карбида никеля и алюминия позволяют снизить критическую плотность энергии лазерного инициирования вторичных взрывчатых веществ. Благодаря этому доказана роль малых включений как центров поглощения световой энергии в объеме вторичных взрывчатых веществ, и показано, что вторичные взрывчатые вещества, содержащие наноразмерные примеси, могут быть использованы в качестве капсульных составов для оптических систем инициирования.

Цель работы: рассчитать критическую плотность энергии инициирования энергетического материала на основе ТЭНа, содержащего наночастицы хрома и меди, при действии лазерного излучения с длиной волны 1064 нм; рассчитать максимальную температуру разогрева металлических включений в инертной матрице с теплофизическими характеристиками ТЭНа при энергии, соответствующей минимальной плотности энергии инициирования взрывного разложения.

Критическая плотность энергии инициирования рассчитывалась с использованием микроочаговой модели теплового взрыва в приближении постоянной теплоёмкости с учётом эффективности поглощения лазерного излучения наноразмерными включениями металла.

Микроочаговая модель теплового взрыва имеет следующий вид:
(1)

(2)

(3)

(4)

(5)
Начальные условия:
(6)
где α – коэффициент температуропроводности энергетического вещества, ^ Q – теплота разложения единицы объема вещества, с – объемная теплоемкость энергетического вещества, с1 – объемная теплоемкость включения, R0 – радиус включения, Т – температура вещества в точке r, Т1 – температура включения, n – концентрация неразложившегося вещества, – константа скорости разложения вещества, ^ G – плотность мощности излучения, ki, ti эффективная константа скорости импульса и его длительность на полувысоте, коэффициент эффективности поглощения.

Первым шагом для расчета критической плотности энергии является построение реальной зависимости коэффициента эффективности поглощения включения от его размера. Второй шаг – расчет критической плотности энергии инициирования при определенном радиусе включения с учетом реального коэффициента эффективности поглощения с точностью 10-5. Третий шаг – нахождение минимального значения плотности энергии из рассчитанных данных.

Были получены значения критических плотностей энергии инициирования лазерного импульса, приводящие к взрывному разложения энергетического материала.

Значения критической плотности энергии инициирования ТЭНа, содержащего наночастицы хрома и меди, составили: Hmin(Cr) = 54.60 мДж/см2; Hmin(Cu) = 637.20 мДж/см2, при радиусах включений Rmin(Cr) = 94.25 нм; Rmin(Cu) = 93.45 нм.

Рассчитана максимальная температура разогрева включения в инертной матрице с теплофизическими характеристиками ТЭНа при энергии соответствующей минимальной плотности энергии инициирования взрывного разложения.

В данной работе рассчитывалась температура вспышки, с учетом рассчитанных плотностей энергии при лазерном излучении.

Значения максимальной температуры разогрева для включений хрома и меди с радиусами Rmin составили Tmax(Cr) = 1140.74 K; Tmax(Cu) = 1056.84 K, соответственно.

Расчёты показали, что максимальная температура разогрева включения при пороговой энергии инициирования определяется не только характеристиками падающего излучения, но и природой самого включения, введённого в энергетический материал.

    Работа выполнена при поддержке РФФИ(№ 11-03-00897).



Научный руководитель - д.ф.-м.н., профессор Каленский А.В.

Похожие:




©fs.nashaucheba.ru НашаУчеба.РУ
При копировании материала укажите ссылку.
свазаться с администрацией