Какой Новый год может обойтись без шампанского и залпов фейерверков? Фейерверки, эти предшественники ракетной техники, восхищают зрителей вот уже почти два тысячелетия!

Иногда клубы дыма не дают в полной мере насладиться всей красотой и великолепием фейерверка

Несмотря на богатую историю, каждый год производители стараются сделать новый шаг в пиротехническом искусстве. В результате фейерверки становятся всё более сложными, красочными, яркими и громкими. Но чем громче взрыв и ярче огни, тем больше дыма — и это замечают зрители. При безветренной погоде клубы дыма остаются на месте, скрывая огни фейерверков, а при ветре – могут окутать зрителей и испортить всё удовольствие. Уменьшить дымообразование можно, усовершенствовав химию горения при помощи компьютерного моделирования.

Моделирование процесса горения фейерверков для уменьшения дымообразования

Химические расчёты процессов горения фейерверков позволяют уменьшить дымообразование и обеспечить яркое зрелище

Для прогнозирования распределения размера частиц и плотности образующегося пиротехнического дыма можно проводить физические испытания, но это очень сложно, трудозатратно и дорого.

Чтобы сделать фейерверк ещё более зрелищным без увеличения дымообразования, необходимо понимать химические и физические процессы горения, формирующие облако дыма (в частности, образование побочного продукта горения пиротехнических изделий – частиц калиевой соли).

Программный продукт Ansys Chemkin-Pro, который обычно используется для расчётов процессов горения, идеально подходит для этой задачи. Его часто используют для оценки образования сажи в двигателях внутреннего сгорания. И хотя сажа является продуктом неполного сгорания углеводородов, а пиротехнический дым состоит из частиц калиевой соли, общий процесс расчёта аналогичен. Вы можете создать кинетические модели химических реакций, ввести их в программный продукт Chemkin-Pro и получить прогноз размеров, количества, плотности и распределения частиц дыма при помощи встроенной системы отслеживания частиц.

Чтобы узнать о том, как профессор Мицуо Коши (Mitsuo Koshi), известный химик-кинетик и председатель комитета фестиваля фейерверков в Японии, разработал метод расчёта, который позволил уменьшить дымообразование на 90%, ознакомьтесь со статьёй: Rewriting the Formula for Fireworks (на английском языке).

Яркого вам, счастливого и безопасного Нового года!

Источник: ansys.com
Автор: Bill Kulp