Kinetic study of selected combustion process

Maraden, Ahmed Mohamed Ali

Publikace:
Kinetic study of selected combustion process

Disertační práceOmezený přístup

dc.contributor.author	Maraden, Ahmed Mohamed Ali
dc.contributor.referee	Konečný, Pavel
dc.contributor.referee	Lehký, Ladislav
dc.date.accepted	2018-11-06
dc.date.accessioned	2019-02-11T13:28:47Z
dc.date.available	2019-02-11T13:28:47Z
dc.date.issued	2018
dc.date.submitted	2018-09-21
dc.description.abstract	Práce se zabývá třemi oblastmi ve výzkumu vlastností tuhých pohonných hmot (TPH). První oblastí je proces přípravy a následná charakterizace nasakovaných TPH s obsahem energetických komponent (RDX, BCHMX a chloristanu amonného) a s obsahem energetických plastifikátorů nitrocelulózy (DNDA 57 a BuNENA). Připravené vzorky byly charakterizovány měřením balistických parametrů, byla měřena termická stabilita, citlivost k nárazu a vliv stárnutí na chemickou stabilitu TPH. V případě energetických aditiv byl zjištěn pokles rychlosti hoření u TPH s obsahem RDX, zatímco u TPH s obsahem BCHMX a chloristanu amonného byl pozorován nárůst rychlosti hoření. U vybraných TPH byla studována kinetika termického rozkladu metodou DTA a DSC, aktivační energie pak byly vypočteny metodou Kissingera a Ozsawy. U měřených vzorků byl pozorován nárůst aktivační energie s obsahem energetických komponent. Obsah nitraminů v TPH zvyšuje jejich citlivost k nárazu, přičemž hodnoty citlivosti rostou s nárůstem obsahu nitraminů. Metodou vakuového stabilitního testu (VST) byl zjištěn nárůst chemické stability TPH s obsahem RDX a BCHMX. Druhou oblastí výzkumu bylo studium vlivu počáteční teploty TPH na jeho balistické parametry. Ke studiu byly využity tři komerčně vyráběné TPH. Porovnány byly dvě experimentální metody, měření na raketovém motoru a na SV-2. Měření na raketovém motoru bylo provedeno pro teploty zrna v rozsahu -60 až + 60°C, u SV-2 byla teplota zrna v rozsahu -20 až +60°C. U uvedených TPH byly charakterizovány rychlosti hoření, tlak a schopnost zapalitelnosti zrna. Všechny tyto parametry rostly s teplotou zrna a zároveň se zkracoval čas mezi iniciací černého prachu a iniciací samotného TPH. Dalším výsledkem studia bylo zjištění, že metody raketového motoru i měření na SV-2 poskytují srovnatelné výsledky. Poslední část práce byla zaměřena na srovnání tří metod měření balistických parametrů TPH, měření na raketovém motoru, na SV-2 a metody Strand burner. Uvedenými metodami byly charakterizovány balistické parametry čtyř homogenních TPH, přičemž na raketovém motoru bylo provedeno více než 60 ran, metodou Strand burner 56 ran a metodou SV-2 celkem 8 ran. Výsledky všech tří metod poskytly srovnatelné výsledky s velmi malými odchylkami. Při vzájemném srovnání všech tří metod vychází metoda raketového motoru jako časově i finančně nejnáročnější, avšak poskytující nejlepší výsledky ve vazbě na reálné využití TPH v raketě. Proto je vhodné tuto metodu charakterizace balistických parametrů TPH použít až u finálních kompozic.	cze
dc.description.abstract-translated	In this research, modified cast double base propellant has been prepared. RDX, BCHMX, and AP energetic fillers have been used to increase the energy density of the prepared solid propellant. DNDA 57 and BuNENA energetic plasticizers have been used for gelatinizing the NC during the mixing operation. The effect of energetic filler content on thermal and ballistic properties of the prepared solid propellant has been investigated. Differential thermal analysis and differential scanning calorimeter have been used to study the thermal behavior of the modified cast double base propellants. Integral and differential isoconversional methods beside Kissinger and Ozawa methods have been used for calculating the activation energy of the NC decomposition reaction. It was found that the activation energy increased with increasing the content of the energetic filler. The sensitivity of MCDB propellants to impact was determined on Kast fall hammer. Applying the probit analysis method, the sensitivity curve of each studied sample was obtained and only 50% probability of initiation is reported. The inclusion of nitramines in DB matrix makes the system more sensitive to impact and the sensitivity to impact increases with increasing the nitramine content. Using the modified VST assembly, experiments were carried out at a temperature of 90 °C for a period of 40 hours. The pressures of the gases that were produced from the decomposition of the samples were continuously measured during the whole reaction. The addition of cyclic nitramines such as RDX and BCHMX in the DB matrix improvs not only the energy output but also the thermal stability of the propellants. Practical investigation of the impact of initial grain temperature on ballistic properties of extruded double base propellant has been carried out. Burning rate of three double base propellant compositions was measured in subscale rocket motor. The propellant burning rate was measured as a function of pressure and initial temperature. Results obtained from subscale rocket motors are confirmed by comparing with burning rate measurements using closed vessel evaluation. Measurements of burning rate were performed at different initial grain temperatures. Temperature variation was from ? 60 °C to + 60 °C for subscale rocket motor and form -20 °C to + 60 °C for the closed vessel. Results revealed that the ignitability, the burning rate and operating pressure increase with increasing the initial grain temperature while the time needed for ignition process and action time were shortened. Validation for the modified SV-2 burning rate measurements for strand burning technique has been introduced. The burning rate of four commercial extruded double base propellants at 20 °C has been measured using three different methods, subscale motors, closed vessel and strand burning. More than 60 shots for subscale motors are compared with about 8 shots of SV-2 closed vessel and about 56 shots for strand burning. Results showed that the burning rates measured from the three methods are comparable and close to each other in spite of the differences in the three measuring techniques. Subscale motors are time and money consuming but their results are considered the most reliable and accurate. Tests in small motors are normally performed only after the neighborhood of the final propellant formulation is reached.	eng
dc.description.department	Fakulta chemicko-technologická	cze
dc.description.grade	Dokončená práce s úspěšnou obhajobou	cze
dc.format	137 s.
dc.identifier	Univerzitní knihovna (archiv). Práce není přístupná.	cze
dc.identifier.signature	D38922
dc.identifier.stag	36924
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10195/72181
dc.language.iso	eng
dc.publisher	Univerzita Pardubice	cze
dc.rights	Práce není přístupná.	cze
dc.subject	tuhá pohonná hmota	cze
dc.subject	TPH	cze
dc.subject	rychlost hoření	cze
dc.subject	aktivační energie	cze
dc.subject	termický rozklad	cze
dc.subject	solid propellant	eng
dc.subject	burning rate	eng
dc.subject	activation energy	eng
dc.subject	thermal decomposition.	eng
dc.thesis.degree-discipline	Engineering of Energetic Materials	cze
dc.thesis.degree-grantor	Univerzita Pardubice. Fakulta chemicko-technologická	cze
dc.thesis.degree-name	Ph.D.
dc.thesis.degree-program	Chemistry and Technology of Materials	cze
dc.title	Kinetic study of selected combustion process	eng
dc.title.alternative	Výzkum kinetiky hoření vybraného procesu	cze
dc.type	disertační práce	cze
dspace.entity.type	Publication