Воспламенение металлической частицы и неустойчивость оксидного слоя

Наличие защитного оксидного слоя, покрывающего частицы металлизированного топлива, препятствует их использованию в качестве высокоэнергетических топливных добавок. Ранее автором рассматривалось удаление оксидной пленки глобальным симметричным воздействием на частицу с помощью примесей активных химических компонентов в окружающей среде, сильного потока радиации или сильного сдвигового потока газа, способного вызывать интенсивное механическое напряжение поверхностного слоя. В настоящей работе показано, что нарушение симметрии приводит к различным сценариями воспламенения. Для жидкой оксидной пленки дестабилизация может быть обусловлена эффектом Марангони, который связан с продольным поверхностным напряжением и, таким образом, нарушает симметрию в продольном направлении. Термодинамическое состояние слоя описывается моделью тонкой пленки в приближении ползущего течения. Показано, что при воспламенении, описываемом на основе эффекта Марангони, происходит распространение трещин и разрывов в оксидном слое, что приводит к утончению слоя или даже его удалению. Для иллюстрации теории выбраны частицы бора, так как известны сложности с их воспламенением, затрудняющие использование бора в качестве топлива в двигателях. Показано, что при температуре окружающей среды ниже 1634 K оксидная пленка может быть приведена в неустойчивое состояние в результате возникновения трещин и разрывов вследствие того, что оксид бора имеет положительные числа Марангони. В предыдущих моделях воспламенения частиц бора принималось условие сохранения симметрии и тем самым исключалось наличие трещин и разрывов. Из-за этого ограничения для воспламенения бора получена критическая температура окружающей среды 1900 K. Так что значение 1634 K дает импульс для исследований и новых подходов к задаче воспламенения.