Особенности тепло- и массообмена при горении гранулированной смеси $\rm Zr + 0.5\rm C$ в спутном потоке аргона

В работе впервые исследованы закономерности синтеза керамики $\rm ZrC_{0.5}$ из гранулированной смеси в спутном потоке аргона. В предварительных экспериментах без продува аргоном показано, что примесный газ не влияет на скорость горения смесей $\rm Zr + 0.5\rm C$, а передачу горения от гранулы к грануле обеспечивает движение расплава циркония. В спутном потоке аргона обнаружен новый режим горения гранулированных смесей, характеризующийся высокой скоростью распространения фронта горения и сопровождающийся уменьшением как продольного, так и поперечного размера сгоревшего образца с образованием так называемого фингера. Совокупность наблюдаемых явлений можно объяснить в предположении, что из-за значительной усадки образца в продольном направлении проницаемость продуктов уменьшается, что препятствует фильтрации аргона через продукты, направляя поток газа к боковой поверхности цилиндрического реактора в образующийся фингер. Увеличение потока газа в узком канале вдоль боковой поверхности реактора в свою очередь вызывает увеличение видимой скорости и повышение температуры горения смеси на периферии образца. Специально проведенные эксперименты и расчеты показывают, что уменьшение размеров образца в продольном направлении обеспечивается перепадом давления фильтрующегося газа, а в поперечном сечении – действием сил поверхностного натяжения из-за градиента температуры.