Актуальность работы. Экспериментальные исследования некоторых низкотемпературных радиационных и пострадиационных химических реакций показали существование обратной связи между реакцией и процессом хрупкого разрушения вещества. Объектами исследования являлись такие системы, в которых при температурах радиолиза 77 и 4,2 К в твердом состоянии невозможно спонтанное развитие цепей превращения. В ходе у-обучения этих твердофазных систем при азотных и гелиевых температурах происходят нецепные радиахдаонно-химические превращения, приводящие к образованию активных центров, химически стабильных в указанной температурной области. Инициирование реакции осуществлялось путем наведения термических напряжений (быстрым: нагревом или охлаждением) или локальным механическим разрушением образца. В образцах, предварительно подвергнутых у-облучению, после локального инициирования возникала волна химической реакции.
Возникающая на поверхностях свежеобразованных трещин и в. прилегающих к ним областях химическая реакция генерирует новые нарушения сплошности в неохваченных реакцией участках твердой матрицы. Нарушения структуры образуются из-за различия плотностей исходных и конечных компонентов реакции, а также вследствие различия их удельных объемов или сильного теплового расширения вещества. В результате по образцу движется совместная волна разрушения и химического реагирования.
Авторы экспериментальных исследований [1] говорято существенной структурной неоднородности облученных твердых матриц и о важной роли внутренних механических напряжений в кинетике низкотемпературных радикальных реакций. Но при построении качественных моделей в известных теоретических работах вся информация о механическом состоянии вещества вкладывается в несколько формально-кинетических параметров и в кинетические функции. Основным недостатком существующих моделей является пренебрежение реальными взаимосвязями между процессами, протекающими в твердом веществе, 'что не дает четкой физической картины изучаемого процесса. 'Таким образом, построение моделей твердофазных химических реакций, учитывающих различные физико-химические процессы, а так же их взаимодействие друг с другом является актуальной задачей.
Целью работы является построение и исследование связной модели низкотемпературной химической ' реакции, учитывающей процессы теплопереноса, разрушения, деформирования и химического превращения, а также исследование влияния напряжений и деформаций на автоволновые режимы распространения низкотемпературных химических реакций.
Научная новизна. В работе впервые предложены и проанализированы связные модели инициирования и распространения низкотемпературных химических реакций. Показано существенное влияние процессов деформирования и разрушения на характеристики автоволнового распространения и инициирования низкотемпературных радиационных реакций. Обнаружено существование нескольких режимов распространения фронта в связных моделях твердофазных химических, превращений.
Научное и практическое значение. Работа имеет приложение к моделированию твердофазных химических реакций: процессов твердофазного горения, твердофазной детонации, реакций полимеризации, разложения и синтеза соединений в твердой фазе, в том числе, реакций в локально-неравновесных условиях (при низких температурах, при интенсивных динамических воздействиях). Разработаны прикладные программы в виде приложений АУтскмв 95, для решения стационарных и нестационарных задач о распространении фронта химической реакции в конденсированной среде.
На защиту выносится:
1. Модель низкотемпературной химической реакции, учитывающая процессы теплопёреноса, разрушения, деформирования, химического превращения, а так же их взаимодействие друг с другом.
2. Численное решение задач о стационарном распространении фронта и инициировании низкотемпературных химических реакций с учетом процессов деформирования и разрушения.
3. Результаты исследования моделей низкотемпературных реакций и реакций твердофазного разложения инициирующих взрывчатых веществ:
— вывод о существовании нескольких режимов распространения фронта в связных моделях твердофазных химических превращений,.
— заключение о существенном влиянии процессов деформирования и разрушения на характеристики стационарной волны горения и характеристики зажигания,.
— результаты, касающиеся влияния эффекта релаксации теплового потока на инициирование и автоволновое распространение твердофазных химических реакций,.
— приближенные аналитические зависимости скорости стационарного распространения фронта водны реакции, с учетом деформирования и эффекта релаксации теплового потока.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: региональной научно-практической конференции «Природа, общество, человек» (Томск, 1994), международном симпозиуме «Горение в сверхзвуковых потоках» (Пуатье, Франция, 1995), международной конференции «Математические методы в физике, механике и мезомеханике разрушения» (Томск, 1996), XI Симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 1996), международной конференции «Всесибирские чтения по математике и механике» (Томск, 1997), международной' конференции «Математические модели и методы их исследования» (Красноярск, 1997), 16 международном Коллоквиуме. по динамике взрывчатых и реагирующих систем (Краков, Польша, 1997), международной конференции «Ударные волны в конденсированных средах» (Санкт-Петербург, 1998), международной конференции «Радиаци он но-терм ические эффекты и процессы в неорганических материалах» (Томск, 1998), 7″ международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах» (Кемерово, 1998), а так же на семинарах кафедры математической физики ТГУ, семинарах ИХК и Г, ИХТТ и МС СО РАН.
По результатам дисссертации опубликовано 16 работ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы. Основное содержание диссертационной работы включает 157 стр. текста, 47 рисунков, 14 стр.- цитируемой литературы (128 источников).
