3. Механизм горения п и трт баллиститного типа, физико-химические, тепло-физические процессы, происходящие в зонах горения и способы регулирования скорости горения. Термодинамические параметры.

Механизм горения порохов и топлив баллиститного типа разрабатывался начиная с 40х годов XX века Я.Б. Зельдовичем. Было отмечено, что при горении существует три стадии: зажжение - возникновение локальных очагов разложения на поверхности; воспламенение - распространение разложения по всей поверхности; собственно горение – распространение фронта разложения внутрь элемента, которое характеризуется . 1 и 2 стадии протекают в нестационарном режиме и являются крайне важными, так как формируют прогретый слой, определяющий воспламенение или отказ, то есть количество подведенного тепла к поверхности горения должно быть больше суммы теплопотерь в окружающую среду и тепла, необходимого на создание прогретого слоя, поддерживающего стационарный процесс горения.

Механизм горения изучался многими исследователями: Адамсом, Беляевым А.Ф., Похилом, Зельдовичем Я.Б и взгляды на него изменялись, становились более сложными, от Адамса( в процессе горения сразу получались конечные продукты), до Беляева – Похила – Зельдовича, составивших основу механизма горения БТРТ и БП. Зельдовичем Я.Б. была предложена одномерная модель горения, в которой горит бесконечно длинный шнур, имеющий начальную температуру Т_о.

Топливо представляет собой конденсированную фазу, а продукты сгорания – газообразную фазу: г – фазу. Эти фазы разделены между собой поверхностью горения. После многочисленных экспериментов с помощью термопар микрокалориметров было установлено характерное изменение температуры (рис), согласно которому были выделены области, участвующие в процессе горения:

Прогретый слой топлива толщиной Х_п.с- слой, в котором температура возрастает от Т_о до Т_s – температуры поверхности горения(250-300^оС), толщина Х_п.с составляет от нескольких сотых до десятых долей миллиметров в зависимости от скорости горения, чем выше скорость, тем меньше толщина слоя; чем выше давление, тем выше скорость ( ), так как зоны сжимаются, и пламенная зона приближается к поверхности горения, увеличивая приток тепла и скорость горения. Исходя из стационарности горения теплоприход равен расходу ( ). Приход тепла осуществляется поступлением из г – фазы за счет излучения, теплопроводности и конвекции, а также химических, суммарно экзотермических реакций, протекающих в тонком, жидко-вязком слое на поверхности горения. Характер изменения температуры в прогретом слое определяется по уравнению Михельсона:

Т- это температура на расстоянии х от поверхности, m – массовая скорость процесса. При температуре свыше 150^оС в прогретом слое начинается интенсивный распад нитроэфиров и в первую чередь нитроглицерина с отщеплением NO₂:

RO+NO₂→RO^˚+NO₂(45ккал/моль)

RO^˚+NO₂→ROO^˚+NO

ROO^˚+RH→RО^˚+OH^-+R

То есть возникает набор радикалов и начинается цепной экзотермический процесс. Далее при температуре 200-250^оС происходит разложение НЦ, нарушается целостность заряда и продукты разложения, пары высоко кипящих жидкостей(ДБФ), капли расплавленных твердых веществ(ДНТ), твердые частицы катализаторов, высокоплавких ВВ (октоген, гексоген) выбрасываются в паро – дымо - газовую фазу.

Паро – дымо – газовая зона имеет сложное строение: непосредственно к поверхности горения примыкает темная зона, в которой происходят процессы плавления, кипения твердых частиц и капель жидких, разложение компонентов и реакции окисления с восстановлением NO₂ до NO. Толщина этой зоны составляет менее 1 миллиметра, температура возрастает до 600^оС. Затем все компоненты переходят газообразное состояние, кроме оксидов металлов. Температура на условной границе п – д – г фазы повышается до1000-1500^оС, после чего начинается факельная зона пламени.
В факельной зоне пламени из экзотермических реакций окисления-горения преобладает реакция восстановления NO до N₂. эта реакция имеет самую низкую скорость, поэтому выбор катализаторов горения в г –фазе всегда направлен на увеличение скорости восстановления NO. При длине пламени происходит изменение состава продуктов горения. Спектральными методами было установлено содержание в процентах:

На расстояниях	H₂	CH₄	C₂H₄	CO	CO₂	N₂	NO	HCN	(CN)₂
6 мм	9,3	0,9	1,1	38	12	9	30	0,1	0,09
16мм	10,0	1,1	0,7	40	13	5	30	0,2	0,07

В качестве конечных реакций, используемых в термодинамических расчетах процесса горения топлив, содержащих C_aH_bO_cN_d, учитывают:

реакцию водяного газа:

CO+H₂O↔CO₂+H₂; H₂+2NO→H₂O+N₂O;

2N₂O→2N₂+O; 2CO+2NO→2CO₂+N₂;

CO+N₂O→CO₂+N₂; H₂+N₂O→H₂O+N₂;

2H₂+2NO→2H₂O+N₂

При температурах горения выше 2500К необходимо учитывать реакции диссоциации:

CO↔CO+1/2O₂+93,64 ккал/г-моль; H₂O↔H₂+1/2O₂+57 ккал/г-моль;

H₂O↔H⁺+OH^-+10 ккал/г-моль; O₂↔2O+58,59 ккал/г-моль;

N₂+O₂↔2NO+21,47 ккал/г-моль; N₂↔2N+85,12 ккал/г-моль;

H₂↔2H+51,63 ккал/г-моль.

4. Рассчитайте степень полимеризации СКИ-НЛ, если М=134·10³. Напишите уравнения реакции отверждения эфиром ЭХ-1 и рассчитайте количество отвердителя, необходимого для отверждения 1 тонны СРТТ состава:

СКИ-НЛ 12%; ПХА 68%; АСД-4 20%; массовая доля ЭХ-1 4,5% от массы полимера.

СКИ-НЛ – полиизопреновый каучук (синтетический каучук изопреновый):