Современный прогресс в моделировании горения твердого топлива

В последнее десятилетие в моделировании горения твердых топлив достигнут колоссальный прогресс. Значительное увеличение производительности компьютеров позволило использовать вычислительные подходы, которые прежде рассматривались лишь как концептуальные. В работе обсуждаются следующие три направления: численное моделирование пламен предварительно перемешанных газов с привлечением детальных кинетических механизмов; разработка моделей для расчетов геометрических распределений частиц, моделирующих структуру гетерогенного твердого топлива; расчеты эффектов диффузионных пламен, которые играют решающую роль при горении АР/углеводородных твердых топлив.
Накопленный опыт моделирования пламен предварительно перемешанных газов с привлечением детальных кинетических механизмов был успешно применен для исследования горения компонентов твердого топлива в одномерном подходе. Множество ранних работ было выполнено в Новосибирске. Названный подход позволяет рассчитывать скорость горения в зависимости от давления, а также температурную чувствительность скорости горения и пространственные распределения температуры и концентраций реагентов. Разработаны обобщенные механизмы, которые были применены ко многим компонентам твердых топлив, таким как HMX, GAP, RDX, NG, AP и др. Газофазные кинетические механизмы, по-видимому, хорошо моделируют химию горения таких монотоплив и псевдотоплив. Значения скоростей горения этих монотоплив различаются почти на порядок, но практически не зависят от температуры пламени. Различные модельные расчеты находятся в разумном согласии между собой и с имеющимися экспериментальными данными.
Последние работы, выполненные в США, представляют существенное продвижение по пути описания геометрической упаковки твердого топлива. Однако объединение моделей упаковки с реалистическими моделями пламен по-прежнему остается сложной задачей, хотя предварительные результаты обнадеживают. Также достигнут значительный прогресс в двумерных расчетах диффузионных пламен, включающих реальную кинетику химических реакций. Последние опубликованные результаты вселяют надежду на успех в детальном моделировании скорости горения топлив, содержащих перхлорат аммония.