Единая математическая модель воспламенения и горения одиночных частиц диборида алюминия

Инженерный журнал: наука и инновации

# 6·2017 1

УДК 536.46 DOI 10.18698/2308-6033-2017-6-1651

Единая математическая модель воспламенения

и горения одиночных частиц диборида алюминия

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

Разработана единая математическая модель воспламенения и горения одиночной

частицы диборида алюминия в газообразной окислительной среде. Принято, что

частица диборида алюминия представляет собой сплав бора и алюминия, причем

доля поверхности, занимаемая каждым из элементов, пропорциональна их мольной

доле в сплаве, а на соответствующих поверхностях частицы, пропорциональных

мольной доле каждого элемента в сплаве, протекают параллельные химические реак-

ции окисления алюминия и бора. Модель основана на экспериментальных зависимо-

стях кинетики реакций окисления и горения одиночных частиц бора и алюминия.

Установлены критерии воспламенения частиц. Получены зависимости времени индук-

ции воспламенения и времени горения от начальных значений температуры среды и

диаметра частиц диборида алюминия.

Ключевые слова:

диборид алюминия, одиночная частица, воспламенение, горение,

параллельные реакции, математическая модель

Введение.

Применение порошкообразных металлических горю-

чих в качестве добавок к топливам позволяет повысить габаритно-

массовые и энергетические характеристики прямоточных воздушно-

реактивных двигателей (ПВРД) и ракетно-прямоточных двигателей

(РПД) традиционных схем, а также комбинированных ПВРД и РПД,

для которых перспективным представляется использование борсо-

держащих горючих [1, 2]. В общем цикле разработки ПВРД и РПД

важное значение имеет математическое моделирование отдельных

стадий рабочего процесса с учетом их взаимосвязи, конструктивных

особенностей, а также начальных значений основных режимных ха-

рактеристик, что позволяет выработать рекомендации по достижении

максимальной полноты сгорания топлива.

Математическая модель [3] достаточно сложно описывает про-

цесс воспламенения отдельных частиц диборида алюминия, требует

знания коэффициентов диффузии и не позволяет описать процесс го-

рения частиц металла. Целью настоящей статьи является создание

единой математической модели воспламенения и горения одиночных

частиц диборида алюминия.

Математические модели газодинамики горения включают в себя

дифференциальные уравнения баланса массы, количества движения и

энергии, в которые входят источниковые члены, определяющие