Современные исследования в области процесса горения веществ

Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота 
 
 
 
Кафедра: Защита в чрезвычайных ситуациях 
 
 
 
 
Реферат 
 
по дисциплине: «Физико – химические основы развития и тушения» 
 
 
 
 
Тема: «Современные исследования в области процесса горения веществ» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Выполнила: студент 2 курса, гр. ТБВ – 2 
……………….  
Дата:___________________________ 
________________________________ 
________________________________ 
________________________________ 
 
Проверил: старший преподаватель 
………………. 
 
 
 
 
г.Калининград, 2014 г. 
 
Введение 
Горе́ние — сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла. Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде теплового излучения и света. Светящаяся зона называется фронтом пламени или просто пламенем. 
Горение до сих пор остаётся основным источником энергии в мире и останется таковым в ближайшей обозримой перспективе. В 2010 году примерно 90 % всей энергии, производимой человечеством на Земле, добывалось сжиганием ископаемого топлива или биотоплив, и, по прогнозам Управления энергетических исследований и разработок (США), эта доля не упадёт ниже 80 % до 2040 года при одновременном росте энергопотребления на 56 % в период с 2010 по 2040 годы. С этим связаны такие глобальные проблемы современной цивилизации, как истощение невозобновляемых энергоресурсов, загрязнение окружающей среды и глобальное потепление. 
Особенности горения, отличающие его от прочих видов окислительно-восстановительных реакций, — это большой тепловой эффект реакции и большая энергия активации, приводящая к сильной зависимости скорости реакции от температуры. Реакции горения, как правило, идут по разветвлённо-цепному механизму с прогрессивным самоускорением за счёт выделяющегося в реакции тепла. Вследствие этого горючая смесь, способная храниться при комнатной температуре неограниченно долго, можетвоспламениться или взорваться при достижении критической температуры воспламенения (самовоспламенение) или при инициировании внешним источником энергии (вынужденное воспламенение, или зажигание). 
Если продукты, образующиеся при сгорании исходной смеси в небольшом объёме за короткий промежуток времени, совершают значительную механическую работу и приводят к ударным и тепловым воздействиям на окружающие объекты, то это явление называют взрывом. Процессы горения и взрыва составляют основу для создания огнестрельного оружия, взрывчатых веществ, боеприпасов и различных видов обычных вооружений. 
До открытия кислорода в начале 1770-х годов Карлом Шееле и Джозефом Пристли считалось, что все тела, способные гореть, содержат особое начало, «флогистон», которое в процессе горения выделяется из тела, оставляя золу. В 1775 году Лавуазье показал, что напротив, к горючему веществу при горении присоединяется кислород воздуха, а в 1783 году Лавуазье и Лаплас обнаружили, что продукт горения водорода — чистая вода. Эти открытия заложили основу современных научных взглядов на природу горения. 
Следующий шаг в развитии основ теории горения связан с работами Малляра и Ле Шателье и В. А. Михельсона, выполненными в 1880-е годы. В 1890 году Михельсон опубликовал работу о распространении пламени в трубах и предложил теорию горелки Бунзена. 
В 1928 году Бурке и Шуманн рассмотрели задачу о диффузионном пламени и показали, что когда скорость сгорания реагентов в химической реакции много больше скорости подвода реагентов посредством диффузии, зону реакции можно считать бесконечно тонкой, при этом в ней автоматически устанавливается стехиометрическое соотношение между окислителем и горючим, а максимальная температура в зоне реакции близка к адиабатической температуре горения. 
Современная теория горения ведёт начало от работ Н. Н. Семёнова по тепловому взрыву выполненных в 1920-е гг. Основанный Н. Н. Семёновым в 1931 году Институт химической физики стал ведущим научным центром по химической физике и горению. В 1938году Д. А. Франк-Каменецкий развил теорию теплового взрыва, и, вместе с Я. Б. Зельдовичем, — теорию распространения ламинарного пламени в предварительно перемешанных смесях. 
В том же 1938 году в опытах А. Ф. Беляева было показано, что горение летучих взрывчатых веществ происходит в газовой фазе. Таким образом, вопрос о скорости горения таких веществ был сведён к вопросу о скорости горения в газовой фазе, и в 1942 году Я. Б. Зельдович развил теорию горения конденсированных веществ, основанную на теории распространения пламени в газе. 
В 1940-е годы Я. Б. Зельдович развивает теорию детонации, которая была названа моделью ZND — по имени Зельдовича, Неймана и Дёринга, так как независимо от него к схожим результатам пришли фон Нейман и Дёринг. 
Все эти работы стали классическими в теории горения. 
 
Современные исследования 
 
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН) в области водородной энергетики в работах члена-корреспондента РАН, проф. В.В. Азатяна, академика РАН А.Г. Мержанова с соавторами были предложены высокоэффективные средства, позволяющие регулировать закономерности горения и взрыва водородо-воздушных смесей: скорость горения, критические условия воспламенения, перехода горения в детонацию. В качестве эффективных ингибиторов применительно к горению смесей водорода в воздухе, содержащих более 10% водорода, учеными были предложены и испытаны олефиновые соединения, в частности пропилен. Измерения показали, что для предотвращения воспламенения водородо-воздушных смесей, реально встречающихся на практике составов, достаточная концентрация предлагаемого ингибитора — 2%. Для сравнения — инертного газа аргона требуется 80%. Наличие 1% ингибитора предотвращает переход горения во взрыв любых смесей водорода в воздухе. Было установлено также, что ингибиторы сильно повышают минимально необходимую мощность поджигающего импульса и тем самым сокращают число возможных источников неконтролируемого воспламенения. С помощью ингибиторов удается эффективно управлять распространением пламени, переходом горения вдетонацию, характеристиками детонации и даже разрушать стационарную детонационную волну. 
 
Исследователями был также разработан метод управления горением широко используемого в технике синтез-газа, представляющего собой смесь водорода и оксида углерода. Предложен и запатентован способ его получения и безопасного использования в качестве топлива в силовых установках. Данная горючая смесь имеет ряд преимуществ по сравнению с углеводородным топливом: горение можно провести с большей скоростью, и получить большую мощность. В процессе горения не образуются вредные органические продукты, меньше выделяется окислов азота и СО. По мнению ученых, предлагаемое топливо способно конкурировать с углеводородным топливом по своей экономичности, небольшой стоимости исходных компонентов и ингибитора. 
В настоящее время в ИСМАН созданы специальные помещения с современным оборудованием для изучения процессов горения, взрывов и детонации и развития методов эффективного управления ими. Исследования проводятся с использованием вакуумированных установок с реакторами, выдерживающими давления до 1500 бар. Отлажена система скоростной киносъемки горения и прецизионного хроматографического анализа исходных и конечных продуктов смеси. 
Так же исследованиями в области процесса горения занимается лаборатория Кинетики процессов горения (ИХКиГ). В лаборатории создано новое научное направление в изучении химии горения конденсированных систем (КС) – изучение структуры пламен КС и кинетики их термического разложения в условиях, максимально приближенных к условиям их горения, новыми разработанными методами динамической зондовой масс спектрометрии. 
 
Созданы уникальные установки для масс спектрометрического зондирования пламен с молекулярно пучковым отбором пробы, которые позволяют детектировать в пламенах не только молекулы, но также атомы и свободные радикалы, изучать структуру пламен газовых и КС в широком диапазоне давлений (0,1-40 атм). Эти установки демонстрировались на выставках “Сибирский прибор 80” и“Сибирский прибор 87”, а также были внедрены на отраслевом предприятии (1980) и в ИСМАН АН СССР (1991). 
 
Найдены и исследованы новые высокоэффективные пламегасители из числа фосфорсодержащих соединений и новые высокоэффективные смеси для тушения пожаров на основании лабораторных и укрупненных испытаний (2003 - 2005). Разработана модель ингибирования пламени добавками ФОС. 
 
Для ряда энергетических материалов (ЭМ) в зоне пламени, прилегающей к поверхности горения, помимо продуктов разложения ЭМ впервые обнаружены и идентифицированы пары ЭМ. Эти ЭМ включают в себя циклические нитрамины (гексоген и октоген) и динитрамид аммония. В пламени ПХА обнаружены продукты его диссоциативной сублимации - аммиак и хлорная кислота. Измерены профили концентраций этих веществ. Пары циклических нитраминов были обнаружены также в пламени смесевых модельных топлив на их основе при самоподдерживающемся горении при давлении 5 и 10 атм. Впервые экспериментально прямым методом подтверждена гипотеза о существовании паров циклических нитраминов (гексоген, октоген) в пламени вблизи поверхности горения, положенная в основу современных моделей их горения (2003-2005).  
Лаборатория цепных гетерофазных процессов ИСМАН 
Направления исследований 
Основой деятельности Лаборатории является выполнение фундаментальных и прикладных исследований по направлениям: 
общая и структурная макрокинетика процессов горения и взрыва; 
управление процессами горения и взрыва, химическая энергетика. 
Область исследований 
В соответствии с планами научно-исследовательских работ Института, утвержденными Ученым советом Института, Лаборатория ведет фундаментальные и прикладные исследования по темам: 
Особенности химического механизма и кинетики процессов цепного воспламенения, горения, взрыва и детонации; 
Химическое управление горением, взрывом и детонацией газов (ингибиторы, аэрозоли, присадки); 
Гетерогенные реакции атомов и радикалов, ускоряющие горение. 
Исследования проводятся с целью развития теории горения, а такжесовершенствования и разработки новых эффективных химических методов управления горением и взрывом газов в соответствии с запросами практики, прежде всего для обеспечения взрывобезопасности в шахтах и других стратегических объектах. 
Основные результаты 
В.В. Азатян – ученик и последователь академиков Н.Н. Семенова и В.В. Воеводского, их соавтор в ряде статей. Основные работы В.В. Азатяна посвящены развитию теории цепных реакций, разработке теории неизотермических режимов этих процессов, созданию методов их регулирования. В его работах показано, что вопреки сложившимся представлениям, открытый Н.Н. Семеновым и С Хиншельвудом разветвленно-цепной механизм является определяющим фактором горения газов не только при давлениях в сотни раз ниже атмосферного давления и в изотермических условиях, но также при атмосферном давлении и повышенных давлениях, в любом температурном режиме. Возникающий в ходе цепного горения саморазогрев усиливает цепную лавину. Обращено внимание на то, что в силу очень больших энергий активации межмолекулярных реакций, используемая в теории теплового горения одностадийная модель не может обеспечить необходимую для горения скорость процесса. Учет выявленного таким образом основного фактора в газофазных реакциях горения, взрыва и детонации при давлениях, важных для практики, позволил объяснить большое число важных закономерностей, не находивших объяснения без учета определяющей роли цепной лавины, в том числе, сам факт протекания указанных процессов в указанной широкой области давлений. 
Предсказано и обнаружено наличие двух режимов развывшегося цепного горения. В одном режиме лавинным процессом является только ускоряющееся разветвление цепей, усиливаемое саморазогревом. Во втором режиме прогрессирующим является также ускорение саморазогрева, вызванное ростом температуры (цепно-тепловой взрыв). Показана важная роль цепно-теплового взрыва в детонации. Осуществлено разрушение стационарных детонационных волн путем обрыва реакционных цепей с помощью ингибиторов. Тем самым,вопреки сложившимся представлениям, показана определяющая роль цепной лавины также в стационарной детонации. 
Выяснено, что зависимость скорости реакций газофазного горения от температуры, представляет собой «экспоненту в экспоненте». Это позволило адекватно объяснить большое число особенностей горения и взрыва, в том числе: очень большие скорости процессов, критический характер перехода горения во взрыв, сильное влияние примесей на горение, взрыв и детонацию. 
Предсказано и обнаружено явление гетерогенного развития реакционных цепей, играющее важную роль в процессах горения, в том числе, определяющее гистерезисы и новые критические явления. 
Обнаружен и исследован класс быстрых газофазных реакций прямого замещения атомов в многоатомных молекулах термически равновесными атомарными реагентами. Выяснена их роль в горении, пиролизе и в изотопном обмене. Разработан метод их изучения. Экспериментально и методами квантовой химии определены аррениусовской параметры и структура активированного комплекса ряда таких реакций. Выяснена важная роль реакций вытеснения атомов металлов из их солей атомарным водородом в пламени. 
Методами ЭПР, ЛМР и оптической спектроскопии в зоне пламени ряда процессов горения впервые идентифицированы ведущие свободные радикалы и атомы, в том числе, НО2, NCI2, CI, Н, О, Р, S в разных процессах горения. Разработаны прецизионные методы определения констант скорости элементарных реакций, нашедшие применение также в других институтах. Впервые определены признанные теперь величины констант скорости ряда ключевых реакций в пламенах. На примере взрывного распада треххлористого азота показано участие электронно-возбужденных молекул в разветвлении цепей. Установлен разветвленно-цепной характер реакций хлора с фосфином, моногерманом, дихлорсиланом, участие в них колебательного возбуждения. 
Обнаружены новые реакции развития и обрыва цепей процессах горения и пиролиза N2H4, NCI3, CS2. 
На базе разрабатываемой теории неизотермических цепных процессов предложены и реализованы методыэффективного регулирования процессов распространения пламени, цепно-теплового взрыва, перехода дефлаграции в детонацию в смесях водорода, метана синтез газа и пропана с воздухом с помощью эффективных, экологически, чистых ингибиторов. Методы прошли испытания в больших объемах в Москве и в Кемерово, получили положительную оценку межведомственных комиссий. За эти разработки В.В. Азатян был награжден золотым орденом Кемеровской области «За доблестный шахтерский труд» первой степени. 
Научные испытания ингибиторов метановоздушной смеси для предотвращения взрывов в угольных шахтах.  
В Пермском национальном исследовательском политехническом университете работают над математической моделью распространения пламени по поверхности многослойных материалов. 
В нашей стране за один год происходит в среднем почти четверть миллиона пожаров, уничтожается ценностей на десятки миллиардов рублей, погибает больше полутора десятков тысяч человек и еще большее количество людей получают травмы. 
По статистике, большинство (около 70 %) пожаров возникает в непроизводственной сфере, в том числе в жилых домах, а также общественных зданиях и помещениях. К наиболее трагическим последствиям приводят пожары в общественных помещениях, если там собирается большое количество людей. В целом в жилых и общественных зданиях и помещениях гибнет около 90 % от общего количества погибших на пожарах. При этом главные причины гибели людей на пожарах – действие продуктов горения (до 76 % от общего числа погибших) и высокая температура (до 19 % от общего числа погибших), что является следствием использования пожароопасных полимерных многослойных материалов, хорошо поддерживающих процесс горения и распространения пламени. Эти материалы легко воспламеняются и оплавляются, выделяют ядовитые вещества в процессе горения. 
Токсичные продукты сгорания являются основным фактором, который ведёт к наибольшему количеству человеческих жертв. Состав продуктов сгорания зависит от состава горящего вещества и от условий его горения. При неполномсгорании органических веществ в условиях низких температур и недостатка воздуха образуются окись углерода, спирты, кетоны, альдегиды, кислоты. Эти продукты образуют едкий и ядовитый дым. Кроме того, продукты неполного горения сами способны гореть и образовывать с воздухом взрывчатые смеси. 
Тепло от пламени внешнего источника зажигания, попадая на поверхность материала перед его кромкой, прогревает его слой до температуры, при которой начинается его газификация. Образовавшиеся газообразные горючие продукты разложения материала диффундируют от поверхности в окислительную среду. В газовой фазе возникает самоускоряющаяся экзотермическая реакция окисления горючих продуктов. Таким образом, обеспечивается непрерывное продвижение пламени по поверхности материала. 
Одним из основных направлений повышения пожарной безопасности зданий и сооружений является использование наиболее эффективных огнезащитных материалов (пассивная защита) для строительных конструкций, снижения горючести полимерных многослойных материалов и скорости распространения огня по ним. Для этого необходимо смоделировать поведение материала при пожаре в лабораторных условиях, следовательно, существует необходимость исследования полимерных многослойных материалов на горючесть, воспламеняемость, способность дымообразования, на скорость распространения пламени, а также на токсичность и другие опасные и вредные факторы пожара. 
Анализ существующих моделей горения 
Автором рассмотрены раздельно три основные области, примыкающие к фронту пламени: зоны химической реакции, области газа и области многослойного материала, нагретые теплом, поступающим из зоны химической реакции. 
В настоящее время наряду с аналитическими методами используются численные методы, позволяющие изучить более общие постановки решения задачи о распространении пламени по поверхности многослойных материалов, а также дают возможность введения химической кинетики газофазных пламен, что для аналитических методов представляет определённые трудности. 
Таким образом, в настоящеевремя накоплен большой опыт в теоретическом и экспериментальном исследовании процесса распространения пламени по поверхности многослойных материалов, а происходящие при этом физико-химические процессы достаточно ясны. При строгой математической постановке задачи процессы, происходящие в газовой фазе, описываются уравнениями, выражающими собой законы сохранения количества движения, массы, компонент и энергии, включающие в себя радиационный перенос и химическую кинетику. Но эти уравнения в полном виде вместе с уравнениями сохранения энергии с трудом поддаются решению с помощью современных математических методов вследствие трехмерности в нестационарном случае и только на суперкомпьютерах. 
Очевидно, что скорость развития пожара зависит от того, как быстро может распространиться горение от места воспламенения с охватом все большей площади многослойных материалов. Следовательно, способность многослойных материалов распространять горение необходимо определять как одну из важных характеристик их пожарной опасности. 
Из проведенного выше обзора работ, посвященных проблеме разработки математических моделей распространения пламени по поверхности многослойных материалов, очевидно, что важнейшей количественной характеристикой этого процесса является скорость распространения пламени. Основной задачей в теоретическом и экспериментальном исследовании горения многослойных материалов является определение скорости распространения пламени по поверхности в зависимости от теплофизических свойств конденсированной и газовой фаз, кинетических параметров реакции пиролиза и газофазных реакций в пламени, а также физико-химические свойства многослойных материалов и условий окружающей среды. 
По своей сути математическая модель процесса распространения пламени по поверхности многослойных материалов должна прогнозировать скорость распространения как функцию большого числа параметров реагирующей системы и пределы устойчивого горения по разным параметрам. Так как учёт и строгий анализ их не всегда возможны, приразработке моделей обычно рассматривают доминирующие факторы, определяющие скорость распространения пламени. Наиболее логичный подход – выделение в многостадийном процессе горения многослойных материалов ведущих стадий и выявление механизмов тепло- и массообмена, контролирующих скорость распространения пламени при заданных условиях. 
Математическая постановка задачи: 
1. Стадия индукции 
2. Стадия распространения 
3. Уравнение общего теплового баланса 
Представленная модель отличается от других существующих моделей тем, что в ней рассматривается процесс распространения пламени по наклонной поверхности многослойных материалов с набегающим потоком воздуха; масштабы длины и времени, с помощью которых определяется зависимость, зависит от теплофизических свойств многослойных материалов, начальной температуры материалов, плотности потока теплового излучения факела пламени. 
Предлагаемые решения 
Для того чтобы остановить процесс горения многослойного материала, нами предложено ввести слой из такого материала, который будет выполнять функцию барьера. Этот слой не будет давать возможности дальнейшего распространения пламени вглубь материала, останавливая процесс горения автоматически при прогорании до него. Будет происходить процесс постепенного затухания, что исключит или сведет к минимуму участие человека в процессе ликвидации и локализации очага возгорания средствами пожаротушения. 
Для нахождения экспериментально определяемых характеристик процесса необходима база для исследования. Проанализировав весь спектр предлагаемых установок, приборов и стендов для проведения работ, связанных с исследованием процессов горения полимерных многослойных материалов, можно сказать, что для полноценного комплексного анализа процессов горения нужна установка, сочетающая в себе возможность выявления всех необходимых параметров одновременно, в которой исследование направлено не на отдельный материал и параметр, а имеется возможность определения различных параметров большинства полимерных многослойных материалов.Параметры материалов, которые необходимо определить: группа горючести; температура воспламенения; температура тления; температура самовозгорания; скорость распространения пламени; коэффициент дымообразования. Необходимо не только определять весь спектр параметров возникающих во время пожара, нужно ещё обеспечить безопасность проведения работ (минимизировав доступ в рабочую зону), а также предусмотреть возможность дополнительных исследований на установке. 
Существующие установки не дают возможности комплексной оценки пожароопасности строительных и отделочных материалов, кроме того, они очень громоздки и небезопасны при эксплуатации. При создании установки были учтены её эргономичность и безопасность составляющих элементов. 
Использование установки предусматривает выполнение на ней научно-исследовательских работ по комплексному исследованию процессов горения полимерных многослойных материалов с непосредственной возможностью определения каждого параметра по отдельности. На установке имеется возможность создания различных композитов с заранее заданными свойствами на основе математической модели, составленной по статистическим данным, полученных в результате испытаний различных материалов на установке. 
Математическое моделирование процессов горения и взрыва 
 
Преамбула. 
Процессы горения и детонации имеют общую теоретическую базу: химическую физику, механику многокомпонентных химическиактивных сред, математическое моделирование. Горение и детонация связаны между собой возможностью взаимных переходов. 
И в горении, и в детонации изучается много аналогичных явлений, присущих нелинейным фронтальным режимам экзотермического химического превращения: инициирование, существование, множественность фронтальных режимов для одного и того же состава, проблема устойчивости фронтальных режимов, критические явления срыва, зависимость скорости распространения от состава, начальных условий, условий инициирования и воздействия внешней среды. 
Перед горением и детонацией стоят достаточно общие проблемы: энергетическоевоздействие на среду, получение новых материалов с уникальными характеристиками, создание оборудования с использованием их эффектов, применение в оборонной технике и решение проблем безопасности. 
Горение и детонация исследуются в рамках математических моделей, которые, несмотря на их многообразие, описываются “жесткими” системами нелинейных дифференциальных уравнений, которым присуща шкала существенно различных временных и пространственных размеров. Для анализа моделей используются общие методические подходы - асимптотические методы, адаптирующиеся численные методы, автомодельность и т. п. 
В тоже время горение и детонация обладают присущей им индивидуальностью. По сравнению с горением для детонации характерны существенно более быстропротекающие химические и газодинамические процессы и более экстремальные динамические условия, более высокие скорости распространения фронта. 
Математическое моделирование - современный инструмент исследования процессов горения и взрыва. Благодаря адекватных процессу моделям, в последние годы реализуется переход от оценок, описаний и рассуждений к строгому математическому описанию закономерностей динамики горения и взрыва. Повышаются требования к исходной информации о характеристиках среды и улучшается прогнозируемость исследуемых явлений. 
 
Математическое моделирование физики и химии процессов горения и взрыва 
При современном уровне развития вычислительной техники и приближенных методов представляется возможным анализ математических моделей, соответствующих нашим знаниям процесса экзотермического превращения. Достоверность и адекватность расчетов определяется полнотой учета информации о свойствах участвующих во взаимодействии веществ, уравнений состояния, кинетики (макрокинетики) превращения, условий тепло- и массообмена, движения фазовых границ и изменения геометрии области взаимодействия. Такой учет порождает повышенные требования к теплофизической, термодинамической и кинетической информации, с другой стороны катастрофически растет “громоздкость”математической модели, времени ее анализа и необходимых вычислительных ресурсов. За исследователем всегда остается ответственность “разумного баланса” поставленной цели исследования, имеющейся в научной литературе информации, стоимости ресурсов и идейной прозрачности математической модели, позволяющей на необходимом уровне достоверности установить причинно-следственные связи в динамике процессов. 
Естественно, что уровень “разумного баланса” смещается со временем к исследованию все более сложных, необходимых современным технологиям процессов, опираясь на ранние, относительно простые, “классические” решения. В относительно простых гомогенных газовых средах фронт исследования сосредоточен на анализе процесса горения с учетом деталей кинетики химического взаимодействия; на адекватном учете газодинамики движения (зависимости движения от геометрии области взаимодействия, турбулентности, воздействия внешних полей и внешней среды, ударных волн, эффектов многомерности и т.п.); на условиях формирования конденсированных продуктов химического взаимодействия (сажи, кластеров, фулеренов и др.); на анализе возникающих экологических проблем, на вопросах пожаро и взрывобезопасности. Здесь моделирование позволяет адекватно изучать динамику многомерной неустойчивости детонационного фронта и его распространение в условиях сложной геометрии. 
На этом фоне “отстали” исследования процессов горения и детонации в многокомпонентных конденсированных средах. Здесь существенное продвижение исследований методами математического моделирования наблюдается пропорционально “сложности среды”. Вперед ушли исследования горения “безгазовых составов”, как исследования структуры стационарного фронта, так и анализа его устойчивости, появления новых периодических динамических режимов (пульсирующих и спиновых режимов горения). Это продвинуло понимание динамики экстремальных процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, СВС. Однако, несмотря на оптимистические пионерские исследования в области “безгазовой детонации” в настоящеевремя стоит проблема ее экспериментального наблюдения и создания адекватной процессу математической модели. 
Для оборонных целей оказались важными исследования математических моделей летучих конденсированных составов, которые способствовали пониманию горения порохов и ракетных топлив. Здесь стали классическими как исследования стационарных структур фронта, так и вопросов их устойчивости. Современные исследования регламентируются практической потребностью в их результатах. 
Углубленные исследования математических моделей, характеризующих взаимодействие конденсированной и газовой фазы, интенсивно ведется в рамках моделей фильтрационного горения конденсированных составов, фильтрационного горения газов, горения малогазовых составов, моделей конвективного горения пористых составов и горения газовзвесей. Эти исследования стимулируются широким кругом практического приложения. Здесь возникает необходимость адекватного и в тоже время простого описания процессов тепло- и массообмена, исследования фазовых переходов, кинетики (макрокинетики) химического взаимодействия, учета различия температур отдельных фаз, скорости их перемещения, деформации (изменения пористости) в конденсированной фазе, влияние внешних полей (гравитационного, электромагнитного) на состояние и взаимодействие среды. Все вышеуказанные факторы влияют на процессы горения и взрыва, а те обратно на состояние среды. Конкретные процессы требуют учета геометрии исследуемой области взаимодействия, многомерности модели, начальных и внешних условий. Детальный анализ возникающих здесь нелинейных эффектов расширил понимание процессов. Достаточно указать на фактор “сверхадиабатичности”, открывающий возможности самоподдерживающегося экзотермического взаимодействия низкокалорийных сред. Многое прояснилось и в квазистационарной динамике распространения фронта горения, его устойчивости, полноты превращения исходных реагентов, распаде одного фронта на несколько, распространяющихся с разными скоростями. Актуальными для этих систем являются исследованиятеплового взрыва с учетом фильтрации одного из реагентов, многомерные явления зкзотермического превращения в условиях естественной конвекции, моделирование процессов детонационного превращения. 
К наиболее трудно исследуемым системам следует отнести взаимодействие многокомпонентных порошков и пористых составов. Одной из важнейших пробпем здесь проблем является математическое моделирование химического взаимодействия, процесс массообмена и смешения реагентов. Здесь существует масса гипотез, догадок и мало адекватных процессу количественных моделей. Реальные эксперименты показывают существование здесь как процессов горения, так и распространение детонационных волн. Необходимая для описания этих гетерогенных процессов термодинамическая и макрокинетическая информация должна извлекаться в экстремальных условиях нестационарной динамики и малых времен взаимодействия. Представляются здесь перспективными многоуровневые математические модели, характеризующие динамику на макро и микро уровне. 
 
Разработка исследовательских пакетов программ анализа математических моделей 
Компьютерное моделирование, будучи инструментом научного исследования современных технологий и процессов, выдвигает вопросы собственного оптимального использования. Необходимо аккумулировать и преобразовывать в общедоступную форму постоянно появляющиеся и целесообразные для широкого использования модели и программы процессов горения и детонации. В настоящее время в мире получили распространение ряд програмных комплексов, позволяющих решать одномерные, двумерные и трехмерные задачи. Дальнейшее развитие численного моделирования процессов горения и взрыва в конкретных технологических условиях основывается на расширеии доступности, развитии сервиса для формулировки задачи, конкретных начальных и граничных условий, возможности более полного учета теплофизических и макрокинетических параметров среды, на расширении возможности различных форм обработки информации (получении различных обобщающих интегральных данных, графическогоизображения эволюции процесса, доступа к локальной информации в конкретно заданном элементе среды). 
Для научных исследований целесообразна разработка библиотеки широкого спектра моделей, алгоритмов и программ, позволяющих создать из таких блоков инструмент для исследования конкретного процесса с учетом его индивидуальных особенностей. Как правило, в области фундаментальных исследований достаточно часто можно выделить разделы, моделируемые в рамках уже известных подходов. Однако в ряде случаев требуются модели сфокусированные на конечную цель, где методы анализа модели жестко приспособлены к специфическим особенностям процесса. Учет специфики позволяет за разумное время получить интересуемый результат. В такой ситуации срабатывает опыт, интуиция и априорная информация исследователя. 
Таким образом при всей несомненной пользе общих пакетов исследовательских программ, где сосредоточен опыт предшествующих исследований, и которые позволяют существенно сократить сроки анализа, необходимо постоянное обновление и пополнение самих пакетов. Здесь важно разрабатывать новые приближенные методы решения задач горения и взрыва (это соприкасается с исследованиями в области прикладной математики). Здесь важно учитывать постоянно расширяющиеся и меняющиеся возможности вычислительных ресурсов и приданного им сервисного обслуживания (это соприкасается с проблемами программирования на различных языках, знанием компьютерной базы). 
 
Комплексный характер исследований 
 
Разработка новых математических моделей требует комплексного знания фундаментальных основ физики и химии процесса, экспериментальной информации и возможностей математического моделирования, правильной оценки всей полученной информации и ее интерпретации. Процессы горения и взрыва для свего успешного исследования требуют комплексных усилий: “теория-эксперимент-математическое моделирование”. Наибольшего успеха следует ожидать, когда эти три фактора успешно взаимодействуют. Это лучше всего реализуется в научных центрах, где сосредоточен научный потенциал ииследовательская база. Современный высокий уровень математического моделирования достигается при концентрации достаточного количества профессионалов и высококачественной вычислительной базы. 
 
Заключение 
 
Отставание в изучении горения объясняется его сложностью. При горении приходится иметь дело с химическими реакциями, протекающими одновременно с процессами аэродинамики и диффузии, с тепло- и массообменом. Эти процессы происходят и в малых, и в больших огневых установках, а многие из открываемых закономерностей действительны в равной степени как для пламени газовой горелки бытовой плиты, так и для мощных газогорлочных устройств промышленных печей и котлов, ракетных двигателей. 
Поэтому исследования в области горения ведутся в настоящее время во многих институтах, лабораториях и на промышленных предприятиях. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Используемые источники: 
 
1. Горение. Свободная энциклопедия Википедия - https://ru.wikipedia.org 
2. Научно исследовательское подразделение ИСМАН лаборатория цепных гетерофазных процессов. Область исследований и основные результаты. – Доступно на http://www.ism.ac.ru/struct/azatyan/field.htm 
3. Справочник химика 21. Химия и химическая технология – Доступно на http://chem21.info/info/328875/ 
4. Трефилов В.А., Наумов И.С. 2013. Моделирование процесса горения многослойных полимерных материалов. Научный журнал IISSN 1812-7339 № 8 за 2013 год (4): 862-866. – Доступно на http://www.rae.ru/fs/?section=content&op=show_article&article_id=10001221 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Оглавление 
 
Введение 
стр. 1-2 
 
Современные исследования: 
 
- Институт структурной макрокенетики  
и проблем материаловедения (ИСМАН) 
стр. 2-4 
- лаборатория гетерофазных процессов ИСМАН 
стр. 4-6 
- Пермский национальный исследовательский 
политехнический университет 
стр. 6-14 
Заключение 
стр. 14 
Используемые источники 
стр. 15