СНИЖЕНИЕ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ НИТРАТОСОДЕРЖАЩИХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ИХ ПРИМЕНЕНИИ : Зниження пожежної небезпеки ПІРОТЕХНІЧНИХ НІТРАТОМІСТЯЧИХ ВИРОБІВ ПРИ ЇХ ЗАСТОСУВАННІ

Краткое содержание

У ВСТУПІ  обґрунтовано вибір і актуальність теми дослідження, сформульована ціль роботи, задачі досліджень, визначена наукова новизна, особистий внесок здобувача і практичне значення роботи.

В ПЕРШОМУ РОЗДІЛІ  викладені  результати аналізу літературних джерел, пов’язаних  з пожежонебезпечними властивостями подвійних піротехнічних систем (ПС) метал + нітрати лужних і лужноземельних металів, до класу яких належать розглядувані ПНС,  в умовах їх застосування, що постійно посилюються (підвищені температури нагріву (Т₀, К), зовнішні тиски (Р, Па), швидкості надзвукового обдуву потоком повітря (, м/с) та кутові швидкості вісесиметричного обертання (щ, рад/с), які залежать від режимів горіння ПС в цих умовах (стійке горіння, припинення горіння або самоприскорення горіння, що переходить у вибух). Проаналізовані експериментальні і теоретичні дані із впливу на швидкість і граничні режими горіння вказаних ПС різних технологічних чинників (коефіцієнта надлишку окислювача (б), дисперсності компонентів (d_m і d_ok, мкм), природи металевого пального і окислювача) та параметрів зовнішніх умов (Т₀, Р, V, щ). Встановлено, що швидкість і граничні режими горіння, а також пов’язані з ними пожежонебезпечні властивості найбільш вивчені для системи магній + нітрат натрію. Що стосується розглядуваних ПНС, то в даний час відсутні наступні важливі експериментальні і теоретичні дослідження швидкості і граничних режимів їх горіння, які дозволили б створити керовану базу даних з прогнозування пожежонебезпечних властивостей цих систем в умовах застосування: експериментальні дані про вплив на залежність u(б) та концентраційні межі горіння технологічних параметрів  d_m і d_ok, а також зовнішніх параметрів Т₀, Р, V і щ прийнятні для практики методи розрахунку (відносна похибка не більше 10...15 %) основних характеристик процесу горіння ПНС (швидкості і концентраційних меж горіння) залежно від різних технологічних параметрів і зовнішніх умов. Відсутність вказаних відомостей про процес горіння ПНС робить неможливим створення в даний час розробку методичних рекомендацій із зниження пожежної небезпеки виробів у вказаних умовах їх застосування. Тому дана робота присвячена розробці обґрунтувань умов зниження пожежної небезпеки виробів в цих умовах на базі створених і використаних математичних та експериментально-статистичних моделей термогазодинамічних і фізико-хімічних процесів, програмного забезпечення у вигляді пакетів прикладних програм, а також отриманих експериментальних даних з основних характеристик горіння ПНС.

В ДРУГОМУ РОЗДІЛІ представлений комплекс розроблених математичних моделей термовпливу надзвукового потоку повітря на поверхню металевих оболонок виробів на основі ПНС, які враховують температурну залежність теплофізичних властивостей матеріалу і дозволяють розраховувати вплив зовнішніх умов (швидкості обдуву потоком повітря, режиму обтікання (ламінарний, турбулентний) та часу впливу потоку (t, с)) на тепловий потік з прикордонного шару (q_w, Вт/м²) у виріб, а також знаходити розподіли температури по товщині оболонок. При моделюванні використовували нестаціонарні, нелінійні рівняння теплопровідності для знаходження профілю температур по товщині оболонок, а також відомі емпіричні залежності для теплового потоку з прикордонного шару в оболонку(Re – критерій Рейнольдса, який характеризує режим обтікання; x – координата уздовж поверхні оболонки).  В результаті проведених розрахунків встановлено, що для дослідженого діапазону зміни                  V = 0…1,5×10³ м/с існують критичні значення V, Re^* и t^* (Re < Re^*  – ламінарний режим,  Re > Re^*   – турбулентний режим), при перевищенні яких спостерігається передчасне саморозігрівання зразків ПНС в результаті екзотермічного процесу окислення металевого пального в газоподібних продуктах термічного розкладання окислювачів, що призводить до осередкового запалювання зразків і процесу їх горіння в замкнутому об’ємі з подальшим руйнуванням оболонок виробів і викидом в навколишнє середовище високотемпературних продуктів згорання. При цьому результати розрахунків місць розташувань небезпечних ділянок на поверхнях оболонок виробів, що піддаються інтенсивним перегрівам і руйнуванням в стартових умовах застосування повністю відповідають отриманим експериментальним даним.  

Представлені термодинамічні розрахунки температури (Т_г, К) і складу продуктів згорання ПНС. Встановлено, що для всіх систем температура має максимум , що знаходиться в діапазоні б = 0,9…1,15 (поблизу стехіометричного складу систем б = 1,0), на значення якого робить істотний вплив зовнішній тиск (зміна тиску від Р = 10⁵ Па до Р = 3×10⁷ Па призводить до збільшення  в діапазоні 3980…4350 К; при цьому якісний і кількісний склад продуктів згоряння систем істотно залежить від б та Р.. Показано, що методи термодинамічних розрахунків дозволяють на стадії проектування піротехнічних виробів на основі ПНС прогнозувати (відносна похибка 10...15 %) діапазони зміни температури продуктів згоряння ПНС в залежності від співвідношення компонентів і зовнішнього тиску.