Investigation of slow cook-off characteristics of self-igniting energetic materials
Kendiliğinden tutuşan enerjik malzemelerin yavaş ısınma (ing. slow cook-off) özelliklerinin incelenmesi
- Tez No: 720136
- Danışmanlar: PROF. DR. GÖRKEM KÜLAH, PROF. DR. MURAT KÖKSAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Chemical Engineering, Defense and Defense Technologies
- Anahtar Kelimeler: Isı geçişi, Isınma, Sayısal modelleme, Heat transfer, Warming, Numerical modelling
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada küçük ölçekli test kalemlerinin ve tam ölçekli mühimmatların, patlayıcıların ısıl bozunmasından kaynaklanan yavaş ısınma tepkisi araştırılmaktadır. Savunma kaynaklarında en çok kullanılan dört patlayıcı bileşiminin (P1'den P4'e) ısıl bozunma parametreleri izotermal olmayan termogravimetrik analiz ve diferansiyel taramalı kalorimetre ile belirlenmiştir. Bu parametreler dikkate alınarak yavaş ısınma testinde patlayıcı bileşimlerini istenmeyen şiddetli yanma (ing. deflagrasyon) ve infilak (ing. detonasyon) öncesinde yakacak bir ateşleyici (ing. igniter) bileşimi geliştirilmiştir. Geliştirilen ateşleyici ve patlayıcı bileşimlerinin yavaş ısınma tepkisinin (tutuşma sıcaklığı ve tutuşma zamanı) 5, 15 ve 25°C/saat ısıtma hızlarında zorlamalı taşınım koşullarında belirlenmesi amacıyla yavaş ısınma test standart gereksinimlerine göre küçük ölçekli bir ısıtma kabini tasarlanmıştır. Ateşleyicinin P1 patlayıcısı ile birlikte kullanıldığı konfigürasyon 5, 15 ve 25°C/saat ısıtma hızlarında patlayıcıların tek başına kullanıldığı (ateşleyici olmadan) konfigürasyonun 174.8-217.2°C arasındaki şiddetli tepkisinden önce 142.5-153.6 °C arasında kontrollü bir yanmaya sebep olmuştur. Ateşleyicinin, P1 (ağırlıkça %64 RDX) ve P2 (ağırlıkça %87 HMX) patlayıcılarının tutuşma (ing. cook-off) sıcaklığı artan ısıtma hızı (5'ten 25 °C/saate) ile yükselmiş, ancak P3 (ağırlıkça %45 HMX) ve P4 (ağırlıkça %20 RDX) patlayıcılarının tutuşma sıcaklığı artan ısıtma hızı (5'ten 25 °C/saate) ile azalmıştır. Farklı patlayıcı bileşimleri için gözlenen tutuşma sıcaklığı eğilimi patlayıcı bileşimlerinin ısıl bozunması sonucu oluşan ısı üretiminin ısı kaybına oranına bağlanmıştır. Bu oran daha fazla enerjik malzeme içeren bileşimlerde örneğin P1 (ağırlıkça %64 RDX) ve P2 (ağırlıkça %87 HMX) daha yüksektir. Küçük ölçekli test kalemleri için Ansys Fluent yazılımı ile gerçekleştirilen yavaş ısınma sayısal benzetimleri, deneysel sıcaklık ölçümleri ile hesaplanan sonuçlar karşılaştırılarak farklı ısıtma hızları için doğrulanmıştır. Literatürde önerilen 15°C/saat ısıtma hızı için deneyler ve benzetimler arasındaki en yüksek tutuşma sıcaklığı farkı ateşleyici, P1 ile P4 için %0,2, 0,4, 1.2 ve P3 ile P2 için %1,8-7,5 olarak hesaplanmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında büyük ölçekli yavaş ısınma testi tam ölçekli mühimmat ile bir ısıtma kabininde zorlamalı taşınım koşullarında gerçekleştirilmiştir. Isıtma kabinindeki ve tam ölçekli mühimmat çevresindeki akış da mühimmat içindeki ısı transferi ile birleştirilerek ANSYS Fluent yazılımıyla modellenmiştir. Tutuşma sıcaklığı tam ölçekli testte P1 patlayıcısı için 173,4°C olarak ölçülmüştür. Sayısal benzetimlerde sıcaklık profilinin ve tutuşma noktasının doğru hesaplanmasına ek olarak tutuşma sıcaklığı ve tutuşma zamanı da %2,7 ve %2,2 hata ile hesaplanmıştır. Mühimmatların yavaş ısınma tehdidine karşı tepkisinin bilgisayar modellemesi ile belirlemesi için geliştirilen yaklaşım mühimmat tasarım aşamasını kolaylaştırması ve TÜBİTAK SAGE ile yerli savunma sanayisindeki test riskleri ile test maliyetlerini büyük ölçüde azaltması beklenmektedir.
Özet (Çeviri)
In this study slow heating response of small-scale test items and full-scale munitions due to thermal decomposition of explosives was investigated. Thermal decomposition parameters of the four most prevalent explosive formulations (from P1 to P4) used in defense industry were determined using non-isothermal thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. Considering these parameters, an igniter formulation was developed to burn the explosive formulations in a predefined temperature before the undesired deflagration and detonation in slow heating test. A small-scale heating chamber was designed according to slow heating test standard requirements to determine the slow heating response (ignition temperature and ignition time) of the explosive formulations and of the developed igniter for 5, 15 and 25 °C/h heating rates in forced convection conditions. Coupling of igniter with P1 explosive configuration led to controlled burn response between 142.5-153.6 °C before the violent response of bare explosive formulation configurations (P1 to P4 without igniter) between 174.8-217.2°C at 5, 15 and 25°C/h heating rates. Cook-off temperature of the igniter, P1 (64% RDX by weight) and P2 (87% HMX by weight) explosive rose with increasing heating rate (from 5 to 25°C/h), whereas cook-off temperature of the P3 (45% HMX by weight) and P4 (20% RDX by weight) explosive decreased with increasing heating rate (from 5 to 25°C/h). Cook-off temperature trend observed for different explosive formulations was attributed to ratio of heat generation due to thermal decomposition in explosive formulations to heat dissipation. This ratio is higher for the formulations that contains more energetic material such as P1 (64% RDX by weight) and P2 (87% HMX by weight). Numerical simulations of small-scale slow heating tests carried out with ANSYS Fluent software were validated by comparing the experimental temperature measurements with calculated results at different heating rates. Maximum temperature difference between experiments and simulations for cook-off temperature was calculated as 0.2, 0.4, and 1.2% for Igniter, P1 and P4 explosives and 1.8-7.5% for P3 and P2 explosives for suggested 15°C/h heating rate in literature. In the second part of the study, a large-scale slow heating test with full-scale munition was conducted in a heating chamber under forced convection conditions. Flow in the heating chamber and around the full-scale munition coupled with the heat transfer in the munition was also modeled with ANSYS Fluent software. Cook-off temperature of P1 explosive was measured as 173.4°C in full-scale test. Cook-off temperature and cook-off time were calculated with 2.7% and 2.2% error in numerical simulations in addition to correct calculation of temperature profile and ignition point. Developed methodology for determining the response of munitions against slow-heating threat by computer modeling is expected to facilitate the munition design phase and reduce the test risks and test costs at TUBITAK SAGE and domestic defense industry.
Benzer Tezler
- Mental health issues and seeking of formal mental health services among Muslims in the southeastern U. S. : Preliminary investigation of a contextual theoretical framework based on the theory of planned behavior/theory of reasoned action and the social ecological model
Başlık çevirisi yok
AHMET TANHAN
- 7075 ve 1100 serisi alüminyum alaşımlarının plastik bölge davranışlarının incelenmesi
Investigation of the plastic region behavior of 7075 and 1100 series aluminum alloys
ONUR GÖK
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET KAYRICI
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET TURAN DEMİRCİ
- Thermo-mechanical behavior of severely deformed titanium
Aşırı deforme titanyumun termo-mekanik davranışı
SEYEDVAHID SAJJADIFAR
Doktora
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNEY GÜVEN YAPICI
- Titanyum sac malzemelerin sıcak şekillendirilmesi prosesinin incelenmesi ve uygun proses parametrelerinin belirlenmesi
Investigation of hot forming process of titanium sheet materials and determination of optimum process parameters
MURAT MERT UZ
Doktora
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AFİFE BİNNAZ HAZAR
PROF. DR. GÜNEY GÜVEN YAPICI
- Beneficiation studies on the fine iron are tailings of Divriği concentrator
Başlık çevirisi yok
GÜROL BAŞARAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1988
Maden Mühendisliği ve MadencilikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. ÇETİN HOŞTEN