Учет возможности газификации бора

09.07.2015

Горение порошковой смеси Zr-B-ZrB2 в режиме CBC изучено экспериментально. Синтез в порошковой системе Zr-B без интенсивного внешнего воздействия характеризуется энергией активации химических превращений E0 = 309,32 кДж/моль и инициируется при прогреве до температуры 1270 К. Особенностью горения данной системы является его высокая экзотермичность (тепловой эффект реакции образования диборида циркония составляет порядка 3000 кДж/кг), что, в свою очередь, приводит к саморазогреву смеси до температур, превышающих температуру испарения бора (Tад = 3310 К, Tисп = 2800 ± 50 К). В таблице 7 представлены фазовые переходы, происходящие в системе Zr-B в диапазоне температур от 293 до 3500 К.
Учет возможности газификации бора

Видно, что теплота испарения бора на порядок выше теплоты его плавления и на два порядка — теплоты фазовых превращений циркония. То есть для адекватного моделирования процессов горения порошковой системы Zr-B необходимо учесть тепловые потери на испарение бора.
Реакция синтеза диборида циркония может быть выражена уравнением
Zr + 2В = ZrB2 + Q, где Q = 3005 кДж / кг.

Скорость горения и максимальная температура зависят от начальных значений температуры образца и концентрации инертного разбавителя (продукта реакции). На рисунке 16 представлены результаты моделирования процесса горения порошковой системы Zr-B (массовое содержание — 19 %), разбавленной конечным продуктом, с насыпной пористостью П0 = 0,4. Рассмотрен реагирующий слой толщиной 0,01 м, состоящий из частиц размером 50 мкм, δ = 0,69. Концентрация компонентов по всему объему порошковой смеси полагается однородной (b/а = 1,1).
Учет возможности газификации бора

На рисунке 16 , а отражены результаты расчета, проведенного с учетом теплопотерь на испарение бора и без его учета. Из рисунка видно, что при образовании паров бора существенно снижаются (более чем в два раза) показатели максимальной температуры во фронте горения (серая линия). Результаты вычислительного эксперимента приведены на рисунке 16, б в сравнении с экспериментальными данными.