پیش­ بینی نرخ سوزش ترکیب­ های مختلف پیروتکنیک منیزیم-نیترات سدیم

قاسمی, حجت; عرب نژاد, محمدهادی

پیش بینی نرخ سوزش ترکیب های مختلف پیروتکنیک منیزیم-نیترات سدیم

نویسندگان

حجت قاسمی

محمدهادی عرب نژاد

دانشکده مهندسی مکانیک،دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران،ایران

چکیده

در این مقاله، یک مدل موجود برای پیش‌بینی نرخ سوزش ترکیبات مختلف پیروتکنیک منیزیم و نیترات سدیم توسعه داده شده است. با اصلاح برخی اجزای این مدل مانند زمان سوزش ذرات منیزیم، خواص ترموفیزیکی محصولات احتراق و چگالی ترکیب، نرخ سوزش به ازای مقادیر مختلف نسبت ترکیب و فشار پیش‌بینی شده است. سپس این مقدار پیش‌بینی شده‌ با مقادیر تجربی موجود مقایسه شده و تطابق خوبی با نتایج تجربی، به ویژه در مورد وابستگی نرخ سوزش به فشار، نشان داده است.

تازه های تحقیق

به سازی و تکمیل مدل نرخ سوزش ترکیب دوجزئی منیزیم-نیترات سدیم ابزاری مفید و قدرتمند برای مطالعه نرخ سوزش فراهم میکند. مدل مورد نظر قادر به توصیف حرکت یکبعدی ذرات، جریان گاز حامل، فاصله ناحیه شعله از سطح ترکیب، زمان سوزش ذرات و در نهایت پیشبینی قانون سوزش ترکیب دوجزئی است.

تغییرات زمان سوزش، با توجه به رابطه (23)، تابع سه عامل اندازه ذرات، نسبت ترکیب و سرعت سوزش درنظر گرفته شده و مقایر عددی آن نیز با محاسبه سرعت سوزش بهراحتی قابل محاسبه است. با محاسبه زمان سوزش به کمک رابطه (15)، میتوان فاصله ناحیه شعله از سطح ترکیب را نیز محاسبه کرد. با محاسبه نرخ سوزش و بیان عوامل اثرگذار بر آن، در نهایت میتوان توصیف بهتری از اتفاقات درون یک محفظه احتراق با سوخت جامد داشت. بهسازی و تکمیل مدل نرخ سوزش ترکیب دوجزئی منیزیم-نیترات سدیم، همچنین، مقدمهای برای توسعه مدل احتراق سهجزئی است که میتوان از نتایج آن برای شبیهسازی رفتار یک محفظه احتراق هیدروریاکتیو استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

احتراق

پیروتکنیک

مدل نرخ سوزش

عنوان مقاله English

Prediction of Burning Rate for Pyrotechnic Mixtures of Magnesium and Sodium Nitrate

نویسندگان English

Hojat Ghasemi

Mohammad Hadi Arab Nejad

School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

چکیده English

This paper is dealing with the development of a new version of an existing burning model for predicting the burning rate of different pyrotechnic mixtures of magnesium and sodium nitrate. Modifying some parts of the model including burning time of magnesium particles, thermophysical properties of combustion products, and the mixture density, the burning rate has been predicted for different values of mixture composition and combustion pressure. Comparison of the predicted and available experimental values of the burning rates shows good agreements, especially in pressure dependency

کلیدواژه‌ها English

Burning rate model

Combustion

Pyrotechnic

1. A. A. Shidlovski, Principles of Pyrotechnics, Mashinostroenie, Moscow, 1973.

2. B. V. Orlov, G. Yu. Mazing, A. L. Reidel and et al., Design Principles for Rocket Ramjet Engines, Mashinostroenie, Moscow, 1967.

3. A. A. Zenin, G. P. Kuznetsov and V. I. Kolesnikov, “Burning of Magnesium Particles under Zero-Gravity and Convective Blow Conditions,” Russian Journal of Physical Chemistry B, 2, No. 4, 2008, pp. 579-588.

4. U. I. Goldshlegerand E. Ya. Shafirovich, “Combustion Regimes of Magnesium in Carbon Oxides. 1. Combustion in CO₂,”Combustion, Explosion and Shock Waves, 35, No. 6, 1999, pp. 637-644.

5. U. I. Goldshleger and S. D. Amosov, “Combustion Modes and Mechanisms of High-Temperature Oxidation of Magnesium in Oxygen,”Combustion, Explosion and Shock Waves, 40, No. 3, 2004, pp. 275-284.

6. E. S. Ozerov and A. A. Yurinov, “Combustion of Particles of Aluminium-Magnesium Alloys in Water Vapor,” Combustion, Explosion and Shock Waves, 13, No. 6, 1977, pp. 778-780.

7. C. K. Law and F. A. Williams, “Combustion of Magnesium Particles in Oxygen-Inert Atmospheres,” Combustion and Flame, 22, 1974, pp. 383-405.

8. H. Singh, M. R. Somayajulu and R. Bhaskara, “A Study on Combustion Behavior of Magnesium-Sodium Nitrate Binary Mixtures,” Combustion and Flame, 76, 1989, pp. 57-61.

9. B. D. Bond and P.W.M. Jacobs, “Chemical Reaction and Ignition in Mixtures of Magnesium and Sodium Nitrate,” Combustion and Flame, 10, 1966, pp. 349-354.

10. J. R. Ward, L. J. Decker and A. W. Barrows, “Burning Rates of Pressed Strands of a Stoichiometric Magnesium-Sodium Nitrate Mix,” Combustion and Flame, 51, 1983, pp. 121-123.

11. H. Singh and R. Bhaskara, “Effect of Particle Size on Combustion of Magnesium-Sodium Nitrate Propellants,” Combustion Science and Technology, 81, 1992, pp. 233-242.

12. K. K. Kuo, Principles of Combustion, John Wiley and Sons Ltd, International Ed Edition, 1986.

13. L. Ya. Kashporov, L. A. Klyachko, N. A. Silin, and E. S. Shakhidzhanov, “Burning of Mixtures of Magnesium with Sodium Nitrate. I. Burning Velocity of Two-Component Mixtures of Magnesium with Sodium Nitrate,” Combustion, Explosion and Shock Waves, 30, No. 5, 1994, pp. 608-616.

14. G. D. Sirotkin, “Equilibrium in Melts of Sodium and Potassium Nitrates and Nitrites,” Zh. Neorg. Khim., 4, No. 11, 1959, pp. 2558-2563.

15. B. D. Bond and P. W. M. Jacobs, “The Thermal Decomposition of Sodium Nitrate,” J. Chem. Soc. A, pp. 1265-1268, 1966.

16. S. Gordon and B. J. McBride, “Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications,” NASA Report, NRP-1311, 1994.

17. H. Singh, R. Bhaskaraand S. Rao, “Prediction of Burn Rate of Magnesium-Sodium Nitrate Propellant,” Combustion Science and Technology, 108, 1995, pp. 133-147.