Том 43, № 8 (2024)

Методом термогравиметрического анализа определены кинетические константы термического разложения полиметилметакрилата в потоке углекислого газа в широком диапазоне скоростей нагрева образцов (2–50 К/мин). Значения кинетических констант разложения определены по методу постоянных степеней превращения. Показано, что для степеней превращения вещества от 10 до 90% значения энергии активации термораспада ПММА изменяются в диапазоне 213.5–194.3 кДж/моль, а значения предэкспоненциального коэффициента – в диапазоне 1.62 · 10¹⁶– 6.85 · 10¹² с⁻¹. Среднее значение энергии активации термораспада ПММА в потоке углекислого газа составило 206 кДж/моль.

Небольшие добавки углеводородов, таких как пропилен, широко исследуемые в качестве ингибиторов горения и взрыва водородно-воздушных смесей, иногда проявляют весьма специфические свойства. Известен механизм ингибирующего действия этих добавок, связанный с интенсификацией обрыва цепей разветвления за счет присоединения атомов водорода; но также известны условия, в которых эти соединения вместо ингибирования оказывают нейтральное и даже промотирующее действие. Такие условия, как и причины, приводящие к тому, что ингибирование практически отсутствует, до сих пор не исследовались. В данной статье рассмотрены результаты численного моделирования, которые позволяют более полно очертить область условий, в которых добавка пропилена практически не ингибирует водородновоздушные смеси, и наметить возможные причины этого эффекта. Представлено решение трех модельных задач: самовоспламенение в реакторе постоянного объема, распространение ламинарного пламени и зажигание газа нагретой проволокой. Расчеты проводились с использованием детального кинетического механизма химических реакций NUIGMech 1.1 (2020). Объектами исследования были три воздушные смеси, содержащие водород в количестве 15, 29.6 и 50 об.% (бедная, стехиометрическая и богатая смесь соответственно) без добавок и с добавкой 1% пропилена.

Проведено исследование влияния механической активации системы 100 −x(Ti+C)+x(Ti+2B) на закономерности горения образцов с различной макроструктурой: прессованных компактов с относительной плотностью 0.53–0.6 и гранул насыпной плотности размером 0.6–1.6 мм. Установлено, что механическая активация порошков приводит к постепенному снижению скорости горения прессованных образцов по мере увеличения содержания Ti+2B в смесях – нисходящая зависимость, в то время как увеличение содержание Ti+2B в компактах из неактивированных порошков приводит к увеличению скорости горения – восходящая зависимость. Полученные результаты противоречат теоретическим представлениям о влиянии механической активации на процесс горения, в соответствии с которыми скорость горения должна возрастать. Одним из важных факторов, влияющих на изменение скоростей горения, является примесное газовыделение. Впервые экспериментально определено влияние механической активации на закономерности горения гранулированных смесей. Установлено, что скорости горения гранулированных смесей выше, чем порошковых, для всех исследованных составов. Показано, что скорость горения гранулированных смесей из активированного порошка в среднем в 3 раза выше по сравнению с гранулами из неактивированного порошка. При этом зависимость скорости горения от массового содержания Ti+2B имеет локальный минимум, который, вероятно, связан с особенностями процесса механической активации.

Проведено численное моделирование окислительно-паровой конверсии метана в синтез-газ в реакторе фильтрационного горения без предварительного смешения реагентов с обращаемым потоком метанопаровой смеси и непрерывной подачей кислорода в центр реактора. Расчет проведен для мольных отношений кислород/метан 0.47 и пар/метан 0.5 в параметрической области, близкой к пределу реализации схемы. Рассмотрены различные режимы инициирования и управления обращением потока, получены количественные и качественные зависимости температуры горения и состава продуктов реакции от характеристик процесса. Сравнение параметров установившегося циклического режима конверсии с предсказанными по равновесной модели показывает, что кинетические ограничения приводят к более высокой температуре горения и неполному превращению метана. При высокой температуре конверсия протекает с образованием сажи и последующей реакцией ее с водяным паром.

Предложено использовать процесс пиролиза аммиака в реакторе фильтрационного горения с подвижным слоем теплоносителя с целью получения водорода. Процесс может быть реализован в реакторах с рекуперацией энергии при раздельной подаче реагентов (в том числе в реакторах типа Swiss Roll и др.). Рассчитан массово-энергетический баланс процесса. Анализ продуктов пиролиза проводился при условии термодинамического равновесия с варьированием температуры (300–1100 К) и давления (1–10 бар). Показано, что при атмосферном давлении пиролиз аммиака заканчивается до температуры 620 К. Повышение давления в системе приводило к небольшому увеличению температуры полного термического разложения аммиака. Доля сжигаемого водорода, необходимого для покрытия энергетических затрат на нагрев и пиролиз исходного аммиака в случае адиабатического реактора, составила 0.13. Из одного моля аммиака можно получить 1.31 моля водорода.

Изучалось возникновение послойного горения и переход его в конвективное в смесях аммиачной селитры с алюминием насыпной плотности. Эксперименты проводились в манометрической бомбе с регистрацией давления. Пористость образцов составляла 0.55–0.59, размер частиц селитры 20–40 и 250–630 мкм, содержание алюминия изменялось от 8% до 47%. Использовался алюминий двух марок: сферический АСД-4 и чешуйчатый ПАП-2. Показано, что поджигание смесей происходит при давлении воспламенителя, близком к пороговому (минимальному) значению или выше него. Измерены величины порогового давления при различных размерах частиц аммиачной селитры, для разных марок и концентраций алюминия. Определены значения давления и времени, при которых возникают послойный и конвективный режимы горения. Показано, что замена алюминия АСД-4 на ПАП-2 приводит к существенному (на порядок и более) уменьшению порогового давления и давлений, при которых начинаются послойный и конвективный режимы горения.

Численно определены параметры плазмы тлеющего разряда низкого давления в неоне с микрочастицами, при которых реализуются области с равными значениями эффективности удержания ионов в облаке микрочастиц. Отмечено, что подобные особенности характерны для диссипативных синергетических систем, контролируемых обратной связью. Моделирование комплексной плазмы тлеющего разряда в неоне с микрочастицами показало, что обратная связь в плазме реализуется через источник основных потерь ее энергии – облако микрочастиц. Контроль за изменением параметров разряда путем варьирования концентрации микрочастиц в облаке дает возможность управлять концентрацией ионов в плазме.

Замена редакцией заголовка на английском языке в метаданных на с. 81:

Вместо “COLLISION EFFICIENCY IN AUTOIGNITION OF HYDROGEN–AIR MIXTURES” должно быть “THE ROLE OF THIRD-BODY COLLISION EFFICIENCY IN AUTOIGNITION OF HYDROGEN–AIR MIXTURES”.