Химическая физика

Проведен анализ основных методов регистрации радиационных характеристик высокотемпературных газов за фронтом сильной ударной волны, к которым относятся методы 3D-спектроскопии и интегральной по времени спектроскопии. Предложен более реалистичный подход к обработке экспериментальных данных, представляющий полученную информацию в виде спектрограмм радиационного теплового потока ударно-нагретого газа. Проанализированы спектрограммы радиационного теплового потока ударно-нагретого воздуха, измеренные методом интегральной по времени спектроскопии в интервале скоростей ударной волны от 8 до 11 км/с при начальном давлении p₀ = 0.25 Торр. Сравнение их с соответствующими спектрограммами, полученными методом 3D-спектроскопии, показало, что оба метода дают примерно одинаковые результаты.

С помощью квазиодномерной модели стационарной детонации с дивергентным течением в зоне реакции проведен анализ массива экспериментальных данных по скорости детонации мелкодисперсного перхлората аммония, который был получен в свое время в работе Донны Прайс с сотр. из Лаборатории NOLСША. В опытах в широком диапазоне варьировались значения диаметра и начальной плотности заряда. В результате анализа определены величины двух коэффициентов, входящих в уравнение скорости экзотермического превращения перхлората аммония (показатель степени по давлению n и константа скорости G), при которых расчеты согласуются с экспериментом по зависимости скорости детонации от диаметра заряда для пяти различных значений начальной плотности. Во всех расчетах показатель степени n оказался равным 1.0, а константа G снижалась более чем в 4 раза по мере того, как начальная плотность увеличивалась от 1.0 до 1.45 г/см³. Рассчитаны характеристики течения в зоне реакции детонационной волны. Фронт детонационной волны имеет форму, близкую к сферически-симметричной только на оси заряда и вблизи нее. Радиус кривизны фронта, который на оси заряда близок по величине к диаметру заряда, по мере приближения к боковой кромке уменьшаетсяв 4–5 раз. Вместе с радиусом кривизны вблизи боковой кромки заряда существенно снижается давление на фронте волны. Ширина зоны реакции, от фронта волны до точки Чепмена–Жуге, составляет около 3 мм и увеличивается по мере роста плотности. Анализ для околокритических условий, близких к срыву детонации, показал, что значительное снижение градиента массовой скорости на фронте волны за счет потерь энергии в боковой волне разрежения наблюдается на боковой кромке заряда и отсутствует на его оси. Таким образом, именно кромку заряда следует рассматривать как место, где в результате снижения скорости экзотермического превращения и роста потерь энергии в боковой волне разрежения формируются условия для срыва детонации.

Содержащий сульфаты атмосферный аэрозоль в региональном масштабе влияет на качество воздуха, а в глобальном – на климат. Например, на севере Китайской равнины агломерация с населением около полумиллиарда человек систематически подвергается катастрофически быстрому загрязнению плотными дымками. В настоящей работе впервые интерпретированы свидетельства существования в атмосфере критических условий, обеспечивающих катастрофически быструю наработку сульфатов и нитратов в частицах, а вместе с подходящими метеоусловиями (температура, относительная влажность, застойные явления в атмосфере и др.) – и возникновение в атмосфере аэрозольной дымки. Показано, что реализация быстрого и незатухающего накопления сульфатов в вырожденно-разветвленном режиме каталитического процесса с участием ионов переходных металлов для заданной влажности воздуха в атмосфере, загрязненной оксидами серы и азота, возможна лишь при превышении пороговой концентрации аммиака в воздухе. Одновременно с этим нарастает и скорость наработки нитратов, что вызвано сопряжением процессов образования сульфатов и нитратов. Это влечет за собой увеличение интенсивности поглощения из воздуха влаги и аммиака, обеспечивающее незатухающий и быстрый рост массовой концентрации частиц аэрозольной дымки в атмосфере.