Материал: Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 2 Технология

Рис. 127. Зависимость деформаций от температуры для топлива СПК при нагрузке 2 МПа:

1 — общая; 2 — необратимая; 3 — обратимая

— в температурном диапазоне интенсивного роста необра­ тимой деформации обратимая деформация имеет убывающую производную cb(o6p/dT, которая при температуре Ттек или при­ ближается к 0, или становится отрицательной;

— температурные зависимости всех трех деформаций (уобщ,

Уобр, Унеобр) Для некоторых топлив отличаются существенно. Так, Ттек всех топлив типа РДГ составляет около 333...343 К,

аРДМ - 363...373 К;

—температурный диапазон перехода из высокоэластиче­ ского в вязкотекучее состояние у штатных топлив довольно велик и находится в пределах 333...373 К, для топлив типа РДМ он несколько сужается и сдвигается вправо — 343...373 К, а для топлив РДГ, напротив, сдвигается влево, приближаясь к зоне эксплуатации заряда — 323...353 К;

—практически все топлива, за исключением топлив, со­ держащих дазин, в температурном диапазоне переработки 363.. .393 К при нагрузке 2 МПа имеют незначительно изме­ няющуюся обратимую деформацию, находящуюся в пределах

20...30%, у топлив же с дазином деформация при температуре

258

около 343...353 К имеет экстремум с резко ниспадающей вет­ вью кривой. Очевидно, дазин, начиная с этой температуры, работает как весьма активный пластификатор, резко снижаю­ щий энергию межмакромолекулярного взаимодействия НЦ (при Т > 343...353 К);

—при высоких напряжениях (4...6 МПа), имеющих место

впроцессе вальцевания, обратимая деформация для штатных и новых топлив в температурном диапазоне переработки, про­ ходя через экстремум, резко падает. Это обеспечивает нор­ мальное протекание процесса вальцевания.

Итак, разработанная методика исследования термомехани­ ческих свойств топлив позволяет в лабораторных условиях определять оптимальные температурные режимы переработки на фазах вальцевания и прессования. Однако для получения корректных результатов данным исследованиям должно пред­ шествовать определение реологических характеристик и на их основе — необходимой нагрузки на пуансон прибора УИП-70.

4.3.2.2 Исследование процессов вальцевания и сушки

Ранее отмечалось, что процессы пластификации и сушки, осуществляемые при непрерывном производстве на специаль­ ных вальцах и сушильных аппаратах, неоптимальны вследст­ вие высокой энергии диссипации и, соответственно, опасно­ сти загорания при вальцевании и длительного времени суш­ ки как в контактных, так и конвективных сушильных аппаратах.

С целью понимания направлений совершенствования тех­ нологии переработки необходимо рассмотреть результаты тео­ ретических и экспериментальных исследований этих двух про­ цессов, имея в виду единую конструктивную задачу — созда­ ния безопасного производства современных БРТТ.

Рассматривая вальцевание, необходимо определить темпе­ ратурное поле и влажность с учетом наиболее значимых тех­ нологических параметров. Решение задачи в общем виде сво­ дится к решению уравнений Навье-Стокса (неразрывности, движения, энергии, реологии):

259

где p — плотность топлива; t — время; О — вектор скорости; VS = diVb — расхождение вектора скорости ; Р — давление; g — ускорение свободного падения; су — удельная теплоем­ кость топлива при постоянном объеме; q — вектор потока, для изотропной среды в соответствии с законом Фурье: q = —KVT (к — коэффициент теплопроводности); Т — темпера­ тура; х — касательное напряжение; р — вязкость; % — коэф­ фициент.

Поскольку решение данных уравнений без определенных допущений невозможно, применительно к вальцеванию вво­ дим упрощения: сначала решаем задачу установившегося изо­ термического течения несжимаемой жидкости в межвалковом зазоре, а затем, используя уравнение энергии при определен­ ных граничных условиях, считаем распределение температуры.

Сводя трехмерное движение к одномерному (скорость вдоль оси валков примерно на два порядка ниже, чем в пер­ пендикулярном направлении) и принимая ряд дополнительных упрощений (течение изотермическое, ламинарное с отсутстви­ ем гравитационных и инерционных сил), уравнение неразрыв­ ности и движения (4.58, 4.59) получаем в следующем виде:

260

dP d2&x

(4.64)

dx ^ dy1

Интегрирование уравнения дает:

Постоянные интегрирования находятся из условия прили­ пания: &x(h) = U,

Тогда выражение для 9 , принимает вид:

- h2 dP

(4.68)

2ц dx

Объемный расход через единицу ширины зазора (2А) опре­ делится по формуле:

Температурное поле может быть найдено из дифференци­ альных уравнений нестационарной теплопроводности, которые применительно к вальцеванию баллиститного топлива сводят­ ся к следующему виду (в цилиндрических координатах):

P(7). срсп, \ T> — соответственно плотность топлива, удельная изобарная теплоемкость, коэффициент теплопроводности, зави­ сящие от температуры; Z — текущая координата по радиусу; щ

=G — тепловыделение в зоне деформации, q = ту = т-кт" =

=ктл+1; <р — коэффициент, характеризующий наличие дисси­ пативного фактора ф = 1 при f0 < t < tb ф = 0 при ^ < / (/0 —

2 6 1

—движение массы на валке вне зоны деформации отсут­

ствует;

—перенос тепла осуществляется равномерно осесиммет­ рично по радиусу валка за счет теплопроводности, переносом тепла вдоль оси валка пренебрегаем;

—теплофизические свойства зависят от температуры;

—на границе «чулок» — валок температуры топлива и ме­ талла равны между собой.

Начальное условие: T0t г = Т(г). Граничные условия: Re< г < RT.

Примем граничные условия теплообмена поверхность вал­ ка — теплоноситель (вода):

где а! — коэффициент теплоотдачи от воды к поверхности

где Nu, Re, Pr — критерии соответственно Нуссельта, Рей­ нольдса, Прандтля; 9 Г — скорость теплоносителя в канале валка; v — кинематическая вязкость; с1жъ — эквивалентный диаметр (d3KB = 2RB).

262