3 Объекты и методы исследования

3.1 Объекты исследования

Пиротехнические составы различного назначения применяются и испытываются в разных условиях: на открытом воздухе при разных направлении и скорости обдува или при отсутствии его; в закрытом помещении; в камере под избыточным давлением и при разряжении; в жидких средах различного состава и при различном избыточном давлении. В зависимости от решаемой задачи рабочими (штатными) являются различные концентрации аэрозоля. Так расход состава на единицу объема может составлять: для льдообразующих составов 0,5 г/м³; пестицидных – 0,1 г/м³; маскирующих – 0,5 г/м³; пожаротушащих 30-50 г/м³.. Величина расхода вместе с аэрозолеобразующей способностью состава сказываются на концентрации первичных частиц, скорости и времени коагуляции, концентрации и размерах вторичных частиц, массовой концентрации аэрозоля. Так при исследовании фосфорного состава в составе разных изделий получена завеса объемом 2500м³ с С_m = 1,2 г/м³ и объемом 2800м³ и C_m = 1,07 г/м³.

В данной работе, также как в работе Ахмирова, исследование маскирующего, пожаротушащих и трассирующих составов проводилось в условно герметичной дымовой камере объемом  11 м³. Недостаточная ее герметичность не позволяет создавать высокие концентрации аэрозоля, поэтому расход составов составлял 0,6-1,1 г/м³. В данной работе испытывались составы, сведения о которых приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1– Характеристика составов

Назначение состава	Шифр состава		Расход состава, г/м3	Гигроскопичные компоненты в продуктах сгорания
	официальный	наш
Маскирующий	02-71 (штатный)	МШ	0,64	MgCl2, ZnCl2
Пожаротушащий	51-35-1 (штатный)	ПШ	1,10	K2CO3
Пожаротушащий	2 ИК-7 (опытный)	ПО	1,10	КJ, KOH
Трассирующий	МГС-91 (штатный)	ТШ	0,64	ZrCl2, MgCl2
Трассирующий	В-1 (опытный)	ТО	0,64	ZrCl2, MgCl2

В дальнейшем цифры рядом с шифрами указывают номер опыта.

Размер частиц из гигроскопичных веществ зависит от влажности среды. В данной работе влажность воздуха не регулировалась, а только контролировалась его относительная влажность в камере сжигания.

Дисперсный состав конденсационных аэрозолей зависит от соотношения скоростей процессов зародышеобразования и роста зародышей, следовательно от скорости парообразования (скорости горения состава и конструкции средства).

Назначение состава определяет время использования аэрозоля. Маскирующие, сигнальные дымы, шлейф от сгорания ракетного топлива работают более одной минуты. Маскирующие завесы, создаваемые курящимися средствами, нужны на десятки минут, создаваемые средствами быстрой постановки – на минуты (время подлета реактивного снаряда более трех минут). Требуемое время существования аэрозольной завесы для защиты от заморозков не менее часа. Пестицидный аэрозоль в закрытом помещении действует до суток, пожаротушащий – иногда в течение секунд. Требование к пожаротушащей ручной гранате – тушение пожара через несколько секунд, но не более 2 мин после ее вбрасывания в помещение. При расходе состава примерно 50 г/м³ концентрация сразу после образования может быть очень высокой, но высокой должна быть и скорость коагуляции, что в течение 2 мин должно сильно снизить концентрацию частиц. Через 10 с и через 2 мин после приведения гранаты в действие концентрации будут отличаться на порядки, поэтому нельзя сказать, что какая-то частичная концентрация наиболее характерна для пожаротушащих аэрозолей.

Таким образом, время действия аэрозоля, зависящее от решаемой задачи, определяет процессы коагуляции, диффузии, седиментации, изотермической перегонки – влияет на концентрацию и размеры частиц аэрозолей.

От назначения состава зависит также рабочий диапазон размеров аэрозольных частиц. Например, для маскировки в среднем ИК-диапазоне (длина волны 5,2 мкм) согласно рисунку 1.6 рассеивание в зависимости от показателя преломления не поглощающих частиц обеспечивается в основном частицами радиусом 0,5-6,5 мкм (диаметром 2-13 мкм). Ближнее ИК-излучение (диапазон длин волн 0,8-1,2 мкм). преимущественно будут рассеивать прозрачные частицы диаметром 0,4-2,6 мкм. При рассеяния видимого излучения оптически активными будут прозрачные частицы диаметром 0,2-1,3 мкм. За дымность сигнальных и фейерверочных пламенных составов при отсутствии поглощения излучения также вероятно отвечают частицы диаметром 0,2-1,3 мкм. Оптимальный размер частиц пестицидных аэрозолей зависит от условий применения составов. В закрытом помещении проблемой является проникновение пестицида в щель, что обеспечивается при получении высокодисперсного аэрозоля. На открытом пространстве такие частицы не успевают осесть на листья растения и более эффективными будут грубодисперсные аэрозоли. Считается, что для льдообразующих и пожаротушащих составов необходима максимально высокая частичная концентрация аэрозолей, следовательно, частицы должны быть нано размерными.

Для исследования механизмов горения и аэрозолеобразования необходимо знание всего спектра размеров аэрозольных частиц. Для прогноза эффективности составов достаточно знание количества активных частиц, и соответственно, использование какого-то одного счетчика.

3.2 Использованные оборудование и приборы

3.2.1 Оборудование и материалы

Камера сжигания с неправильным восьмигранником в основании объемом ~ 11 м³, снабженная столиком для образца, устройством поджига образца, потолочным вентилятором и шибером, соединенным с вытяжной системой. В камере имеются дверца для помещения образца и отверстия для отбора проб аэрозоля.

Камера разбавления кубической формы объемом 0,125 м³, снабженная потолочным вентилятором. В камере имеются дверца и отверстия для введения и отбора проб аэрозоля. Удаление аэрозоля производится через дверцу с помощью пылесоса.

Потолочный вентилятор камеры разбавления марки Sleeve bearing S8025M мощностью 1,8 Вт.

Блок питания вентилятора БПС 4-12.

Камера сжигания высотой 1м и объемом 1 м³, снабженная устройством поджига образца.

Весы электронные AND GH-202, с точностью 0,00001 г для определения массы аэрозольных фильтров.

Электроаспиратор марки М 822 с диапазоном скорости отбора аэрозоля 0,2-20 л/мин.

Электроаспиратор марки АВА с диапазоном скорости отбора аэрозоля от 80 до 120 л/мин.

Барабанный счетчик расхода газа (рисунок 3.1)

Рисунок 3.1 – Схема барабанного счетчика расхода газа

Счетчик работает по принципу вытеснения. Газомеры содержат вращающийся измерительный механизм (измерительный барабан) с измерительными камерами, находящийся в рабочей (затворной) жидкости (как правило вода или жидкое масло) и счетный механизм. Измерительный барабан измеряет объем за счет периодического заполнения и опорожнения четырех жестких измерительных камер.

Под действием разности давлений газа во входном и выходном патрубках счетчика барабан вращается, при этом газ вытесняется жидкостью из камер барабана. Вращение барабана передается счетному механизму. Один полный оборот барабана, зафиксированный счетным механизмом, соответствует суммарному объему всех четырех камер. Необходимым условием нормальной работы барабанного счетчика является определенное положение уровня затворной жидкости.

Пылесос марки ПН 600.

Небулайзер NE-С24-RU для подачи воздуха.

Компрессор Geniusm/M-230 для подачи воздуха.

Разбавитель аэрозоля эжекционного типа, изготовленный в НИФХИ им. Карпова.

Водоструйный насос.

Краскопульт.

Метеометр МЭС-200А

Проботборные трубки различного диаметра.

Шприцы объемом 2-150 мл.

Шланги различного диаметра.

Распределитель потока аэрозоля по счетчикам.

Фильтры аэрозольные из различных материалов.

Алонж для фильтра АФА-ВП-20.

Эмалированная осадительная ванна.