Однако, при горении пиротехнических составов кроме указанных явлений, происходит выброс с диспергированием частиц, не прореагировавших компонентов состава из конденсированной фазы в газовую. Таким образом и в газовой фазе сохраняется гетерогенность системы, а ближнюю к конденсированной фазе область следует называть газово-аэрозольной зоной реакции. При дальнейшем движении частиц аэрозоля в пламени они реагируют с окружающей их газовой фазой и исчезают.
Механизим горения пиротехнинических составов наглядно просматривается на схеме Я.Б.Зельдовича, педставленной нижне на рисунке 2. Процесс образования аэрозоля заключается в образовании на поверхности горящего состава жидкой пленки расплавленных веществ, имеющей пенообразную структуру вследствие образования в расплаве газообразных продуктов реакции, и диспергирования жидкости с газовыми включениями при расширении образующихся газов. В некоторых случаях жидкая фаза на поверхности горящего состава не образуется, в результате газификации и диспергирования твердого топлива получаются непосредственно газообразные продукты. Иногда жидкая фаза уплотняет поры горящего состава, препятствуя проникновению горения в глубь по порам.
Пример процесса взаимодействия хлората калия и магния описан ниже. Температура плавления KClO3 с началом разложения равна 360°С (без каталитических добавок ), температура плавления Mg составляет 650°С, а кипения при атмосферном давлении 1100°С.
1. В конденсированной фазе:
а) KClO3 жидк.+Mg тв.
б) КСlO3 жидк.
2. На поверхности раздела конденсированной и газовой фазы, и газово-аэрозольной зоне реакции
а) Mg тверд.+О2 газ
б) Mg жидк. +О2 газ
3. В газовой фазе (пламени)
а) Mg пар+О2 газ
б) Mg пар +О2 газ (воздуха)
Факторы, влияющие на скорость горения
Количественно скорость горения выражается линейно в мм/сек или массово в г/см2 сек. Зная линейную скорость U, можно вычислить массовую UM по формуле: UM = 0,1Ud, где d — плотность состава в г/см3.
Процесс горения протекает равномерно лишь при достаточном уплотнении состава. Это уплотнение вычисляется как коэффициент уплотнения К, представляющий собой частное от деления величины практически достигнутой плотности d на величину предельной плотности состава dmax, находимую вычислением исходя из удельных весов компонентов состава:
где: da, db ... dn — удельные веса компонентов состава,
а, b ,... n — содержание компонентов в составе в [%]
Для большинства спрессованных составов коэффициент уплотнения колеблется в пределах 0,7...0,9. Для порошкообразных составов, так называемая, насыпная плотность составляет 40...60% от dmax.
(Примечание: пористость составов характеризуется значением (1-k), следовательно пористость прессованных составов лежит в пределах 0,3...0,1)
Для пиротехнических составов различного назначения (в том числе и для смесевых твердых ракетных топлив) скорость горения колеблется весьма значительно от десятых долей мм/сек до 200мм/сек и более.
От каких же факторов зависит скорость горения составов?
Скорость сложнейшего и не изученного до конца физико–химического процесса горения определяется скоростью отдельных (элементарных) химических реакций, зависящей от множества отдельных условий и множественных условий теплопередачи из одной зоны реакции в другую.
По первому условию определяющие скорость горения отдельные химические реакции, в свою очередь, определяются той минимальной скоростью, с которой протекают наиболее трудно и медленно идущая стадия процесса. Наиболее трудно и медленно протекают эндотермические химические процессы. Поэтому во многих случаях скорость горения составов определяется именно скоростью процесса разложения окислителя. Показателем, характеризующим легкость распада окислителя, может служить парциальное давление над ним кислорода или иного потенциального окислителя при различных температурах.