فهرست مطالب

فصلنامه مواد پر انرژی
سال چهاردهم شماره 3 (پیاپی 43، پاییز 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/08/14
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مظفر سلیمی، شهرام قنبری پاکدهی*، علی اکبر شکریان صفحات 119-127

    در این پژوهش، ابتدا مدل پایدار یک بعدی برای راکتور بسترثابت کاتالیستی ارایه شده است. تمامی معادلات انتقال جرم، انتقال حرارت و مومنتوم با در نظر گرفتن فرضیات مناسب در این مدل لحاظ شده است. نتایج حاصل از مدل سازی، تغییرات دمایی، تغییرات غلظت مواد واکنش و افت فشار در طول راکتور را پیش بینی می کند. در ادامه، با استفاده از داده های مدل سازی، طراحی راکتور تجزیه ی کاتالیستی انجام شد. این طراحی با درنظر گرفتن تراست و ضربه ی ویژه آغاز و با محاسبه ی قطر بستر ادامه پیدا می کند. در روند طراحی، با در نظر گرفتن طول بستر به دست آمده از مدل سازی و هم چنین حدس فلاکس جرمی، میزان تفکیک آمونیاک محاسبه می شود. در نهایت، راکتور طراحی شده ساخته و مورد تست قرار گرفت. در این تست ها، حداکثر دمای راکتور برابر با 650 سانتی گراد، میزان تفکیک آمونیاک معادل %59 و افت فشار برابر bar 3/1 بودند که تطابق مناسبی را با داده های مدل سازی نشان دادند.

    کلیدواژگان: راکتور بستر ثابت، مدل سازی، طراحی راکتور، تراستر
  • سعید مسگری، مهرداد بزاز زاده*، علیرضا مستوفی زاده صفحات 129-139

    طراحی گرین مهمترین بخش طراحی موتور سوخت جامد می باشد، در این مقاله هدف به کارگیری متامدل شبکه عصبی در طراحی گرین فینوسیل بر اساس توابع هدف از پیش تعیین شده با توجه به نمودارهای تراست- زمان یا فشار-زمان می باشد تا انواع الزامات تراست عملکردی را از طریق یک روش طراحی نوآورانه با بهره گیری از الگوریتم بهینه سازی ژنتیک، ارضا نماید . به منظور نمونه برداری در فضای طراحی از روش نمونه برداری کلاسیک استفاده شده است. برای شبیه سازی پسروی سطح سوزش گرین سوخت روش سطوح همتراز انتخاب شده است. به منظور تحلیل بالستیک داخلی، از روش صفر بعدی استفاده شده است. روش متامدل به کار گرفته شده بر اساس روش های شبکه عصبی مصنوعی از قبیل پرسپترون چند لایه، تابع پایه شعاعی به عنوان جایگزین روش سطوح همتراز در حلقه طراحی بهینه استفاده می گردد. در انتهای این کار به منظور اعتبارسنجی  الگوریتم ارایه شده یک نمونه گرین فینوسیل با انواع روش های ذکر شده مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج حاصله نشان می دهد که این روش طراحی گرین، زمان طراحی را به طور قابل توجهی کاهش می دهد و این الگوریتم می تواند در طراحی هر نوع گرینی مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: طراحی گرین، موتور سوخت جامد، متامدل، مدل جایگزین، سطوح همتراز
  • احمد ملایی*، رضا کسایی، عبدالرضا خداوردی صفحات 141-150

    خرج ترموباریکPBXIH-135، ماده منفجره ای با خواص مکانیکی و ایمنی بسیار مطلوب می باشد. در تحقیق حاضر، این PBX به روش ریخته گری- پخت در مقیاس 2 کیلوگرم تهیه و پارامترهای فیزیکی، مکانیکی، حساسیتی و عملکردی آن مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه ی تهیه شده دارای دانسیته g/cm3 64/1، سختی Shore A 53، استحکام کششی MPa 68/1 و کرنش 44% بوده است. حساسیت به ضربه N.m 28 و مقدار حساسیت به اصطکاک فرمولاسیون kg.F 36≥ است. سرعت انفجار PBXIH-135 در حدود m/s 6700 و برتری آن نسبت به TNT با حجم برابر در شاخصه ی آزمون های بلوک سربی و ایجاد دندانه در هدف فولادی به ترتیب 13/1 و 33/1 بوده است. نتایج آزمون میدانی بلست نشان داد که PBXIH-135 به لحاظ پارامترهای حرارتی دارای برتری محسوسی است. معادل TNT بر حسب پیک فشار در فواصل داده برداری 5/2 تا 5/4 متر، حدود 23/1 می باشد. نتایج همچنین نشان داد که با افزایش فاصله داده برداری، نسبت ایمپالس انفجار PBXIH-135 به TNT افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: ترموباریک، PBXIH-135، خواص مکانیکی، قدرت انفجار
  • مریم رودباری*، نیما رفاهتی، علی مهدی پور عمرانی صفحات 151-157

    کامپوزیتهای پایه آلومینیومی به روش های مختلفی نظیر اختلاط در حالت مایع, آلیاژسازی مکانیکی و غیره تولید می شوند. یکی از روش های نوین مورد استفاده در تولید کامپوزیت زمینه آلومینیومی روش جوشکاری انفجاری می باشد. جوشکاری انفجاری یک فرآیند حالت جامد است که در آن از انرژی انفجار برای اتصال دو یا چند ماده با هم تحت فشار بالا استفاده می شود. جوشکاری انفجاری روشی قابل قبول برای اتصال فلزات غیر هم جنس می باشد. در این تحقیق, صفحات آلومینیوم 1050 به روش جوشکاری انفجاری با الیاف فولادی تقویت شده اند.  الیاف فولادی در چیدمان بین دو صفحه آلومینیومی قرار گرفته و با انجام فرآیند جوشکاری انفجاری اتصال صفحات و الیاف تقویت کننده ایجاد گردید. عوامل مختلفی مانند فاصله توقف, نوع و مقدار ماده منفجره, زاویه ی قرارگیری صفحات و... بر روی اتصال قابل قبول تاثیر دارد. در این مقاله با استفاده از شبیه سازی و رسم پنجره جوشکاری پارامترهای مناسب فرآیند تعیین شده و چیدمان فرآیند جوشکاری انفجاری طراحی گردید. قطعات تولید شده با استفاده از این فرآیند مورد بررسی توسط میکروسکوپ نوری قرار گرفتند نتایج شبیه سازی  نشان داد که با افزایش بار انفجاری در فاصله توقف ثابت سرعت برخورد و زاویه دینامیکی برخورد افزایش یافته است. نتایج متالوگرافی نشان داد که با انتخاب پارامترهای بهینه به کمک شبیه سازی و رسم پنجره جوشکاری, اتصال کامل فاز زمینه و تقویت کننده با استفاده از فرآیند جوشکاری انجام پذیرفته است و هیچ گونه حفره و منطقه ذوبی و یا ترک در فصل مشترک بین آلومینیوم و الیاف فولادی به وجود نیامده است.

    کلیدواژگان: جوشکاری انفجاری، کامپوزیت پایه آلومینیومی، پنجره جوشکاری، شبیه سازی، بار انفجاری
  • یدالله بیات*، امید مقدس صفحات 159-165

    استفاده از ترکیبات انرژی زا، به عنوان بایندر یا نرم کننده در فرمولاسیون پیشرانه جامد، از جمله روش های افزایش ضربه ویژه است. پلی بوتادین با گروه های انتهایی هیدروکسی (HTPB) یکی از پیش-پلیمرهایی است که به طور ویژه، جهت استفاده به عنوان بایندر در پیشرانه، سنتز شده است. وارد کردن PEG در زنجیره های HTPB باعث افزایش قطبیت بایندر شده و مانع از مهاجرت نرم کننده قطبی مثل بوتیل ننا می شود. در این مطالعه، ابتدا الاستورهای آمیزه HTPB/PEG تهیه شد و خواص مکانیکی و حرارتی آنها مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه، پیشرانه های بر پایه HTPB/PEG تهیه گردید و خواص مکانیکی آنها با پیشرانه تهیه شده از بایندر HTPB مقایسه شد. وارد کردن PEG به بایندر، باعث افزایش تنش و کشش پیشرانه شده و همچنین موجب مثبت تر شدن موارنه اکسیژن آن می شود. افزایش بوتیل ننا به پیشرانه دارای 75% بار جامد، ضربه ویژه تیوری و نیمه تجربی را به ترتیب معادل 7.9s و 6.9s افزایش می دهد.

    کلیدواژگان: نرم کننده انرژی زا، خواص مکانیکی، ضربه ویژه، پیشرانه جامد، پلی اتیلن گلیکول
  • حمیدرضا پوراعتدال*، سجاد دمیری، مینا نکوئی مهر، فهیمه ستوده پورحسن صفحات 167-172

    آزمون کنترل کیفیت تری نیترو تولوین (TNT) در صنعت، واکنش اکسایش - کاهش آن با پتاسیم پرمنگنات  و مدت زمان بی رنگ شدن محلول پتاسیم پرمنگنات می باشد. ناخالصی های مختلف از جمله سایر محصولات نیترودار تولوین، منجر به کاهش مدت زمان بی رنگ شدن و یا به عبارتی افزایش سرعت واکنش می شود. یکی از ناخالصی های ممکن، سولفونات های نیتروتولوین حاصل از فرآیند شستن TNT با سولفیت سدیم می باشد. حضور گوگرد و سدیم در بافت TNT ، توسط تکنیک پلاسمای جفت شده  القایی (ICP) تایید شده است. در این تحقیق، سینتیک واکنش پتاسیم پرمنگنات با TNT خالص و سولفونات های نیتروتولوین (TNT و سولفیت سدیم)، به روش طیف سنجی جذبی در ناحیه مریی بررسی شده و ثابت سرعت واکنش و تکرارپذیری روش برای تعیین مقدار سولفونات های نیتروتولوین، اندازه گیری شده است. در شرایط بهینه غلظتی سولفوریک اسید (6/0 مولار) و پتاسیم پرمنگنات (6/0 میلی مولار)،  نتایج نشان داد که حضور سولفونات های نیتروتولوین سبب افزایش 3/1 برابری سرعت واکنش با پتاسیم پرمنگنات می شود. معرفی یک روش ساده، ارزان و سریع، برای تعیین مقدار سولفونات های نیتروتولوین، از مزایای روش پیشنهادی است.

    کلیدواژگان: تری نیترو تولوئن، سولفیت سدیم، پتاسیم پرمنگنات، سینتیک، سولفونات
|
  • M. Salimi, Sh. Ghanbari Pakdehi*, A. Shekarian Pages 119-127

    In this research, firstly, a one-dimensional steady state model for a catalytic fixed bed reactor is presented. All mass transfer, heat transfer and momentum equations are considered in this model, applying appropriate assumptions. The results of modeling predict temperature and concentration changes and also pressure drop along the reactor bed length. By applying the modeling, hydrazine catalytic reactor was designed. The design procedure includes thrust and specific impulse and continues with calculation of the bed diameter. Ammonia dissociation and the mass flux were calculated along the length of the bed. Finally, the reactor was designed and tested. In these tests, the maximum reactor temperature was 650 oC, the ammonia dissociation was 59% and the pressure drop was 1.3 bar, presenting a good coherency with the modeling data.

    Keywords: Fixed-bed Reactor, Modeling, Reactor Design, Thruster, Hydrazine
  • S. Mesgary, M. Bazazzadeh*, A. Mostofizadeh Pages 129-139

    Grain design is the most important part of solid rocket motor design. In this paper, the goal is implementing and comparing various Artificial Neural Network metamodels in Finocyl grain design based on predetermined objective function with respect to thrust history or pressure history in order to satisfy various thrust performance requirements through an innovative design approach using genetic algorithm optimization method. The classical sampling method is used for design space filling. The level set method is used for simulating the evolution of burning surface in the propellant grain. An algorithm is developed beside the level set code that prepares the initial grain configuration using Pro/Engineer to export generated models to level set code. The zero dimensional method with considering the effect of erosive burning is used to perform internal ballistic analysis. The meta-model is used to surrogate the level set method in optimization design loop. The surrogate method is based on artificial neural network based on Multi Layer Perceptron with comparing various training algorithm and Radial Basis Function. Finally, a case study is done to verify the proposed algorithm. Observed results show that grain design method reduced the design time significantly and this algorithm can be used to design of any grain configuration.

    Keywords: Grain Design, Solid Rocket Motor, Meta-Model, Surrogate Model, Level Set
  • R. Kasaei, A. Mollaei*, A. Khodaverdi Pages 141-150

    PBXIH-135 thermobaric charge is an explosive with desirable mechanical and safety characteristics. In the present research, this PBX charge is prepared in 2 kg scale and its physical, mechanical, sensitivity and performance parameters were investigated. Prepared sample has density of 1.64 g/cm3 , hardness of 53 Shore A, tensional strength of 1.68 MPa and strain of 44%. Impact and friction sensitivity were 28 N.m and ≥36 kg.F respectively. Detonation velocity of PBXIH-135 was about 6700 m/s and its superiority in comparison with TNT in lead block test and dent producing in steel block by the same volume, were 1.13 and 1.33 respectively. As well as, field blast test showed that the PBXIH-135 has a significant advantage in terms of thermal parameters. Its TNT equivalency based on overpressure, measured at distances of 2.5 to 4.5 m, was around 1.23. Results also showed that increasing the distance of data acquisition, explosion impulse.of PBXIH-135 increases compared to TNT.

    Keywords: Thermobaric, PBXIH-135, Mechanical properties, Explosion Performance
  • M. Roudbari, N. Refahati*, A. Mehdipour Pages 151-157

    Aluminum based composites are manufactured in a variety of methods, such as mixing in liquid state, mechanical alloying and so on. Explosive welding is one of the modern ways of producing Aluminum based composite. Explosive welding is used for excellent bonding of similar and dissimilar materials with a wide variety of thicknesses, area dimensions and different thermal and mechanical properties. In this study, Aluminum plates were reinforced by steel wires by explosive welding. The steel wires are placed between two Aluminum plates and joint between plates and reinforcement were made by explosive welding process. The quality and morphology of the interface depend on standoff, the geometry of the welded plates, the properties of the metals, etc. In this paper, the appropriate parameters were determined using the numerical simulation and drawing of weldability window and layout of explosive welding was designed. The produced parts were examined by optical microscope. The simulation results showed that in the constant stand off by increasing the explosive ratio in constant standoff, velocities collision and dynamic collision angle increased. The metallography results showed that the composite obtained excellent bonding quality of interface without void and fracture.

    Keywords: Explosive Welding, Aluminum Base Composite, Weldability Window, Simulation, Explosive Ratio
  • Y. Bayat*, O. Moghadas Pages 159-165

    A way to increase the specific impulse of solid propellants is using the energetic components such as energetic binder or energetic plasticizer in the propellant formulations. Hydroxy terminated poly butadiene (HTPB) is the one of pre-polymer which was specifically synthesized for its use as a binder in propellant. Incorporating PEG into HTPB chains increases the polarity of binder. In this study, in the first step, elastomers of HTPB/PEG blend are prepared and their mechanical and thermal properties are investigated. Then, the propellant based-on HTPB/PEG blend was prepared and its mechanical properties were compared to the propellant based-on HTPB binder. Incorporation of PEG into the binder, increases the stress and elongation of the propellant and also, influences its oxygen balance. In the solid propellant with 75% solid loading, theoretical and semi empirical specific impulse were increased to 7.9s and 6.9 respectively, by the addition of BuNENA.

    Keywords: CompositeSolid Propellant, HTPB, PEG, Energetic Plasticizer, Mechanical Properties, Specific Impulse
  • H. R. Pouretedal*, S. Damiri, M. Nekoeemehr, F. Sotoudeh Pourhasan Pages 167-172

    The oxidation – reduction reaction of trinitrotoluene (TNT) with potassium permanganate solution and its decolorination rate are used as a quality control test in industry to verify the purity of TNT. The impurities such as other derivatives of TNT are due to increasing decolorination rate of potassium permanganate solution. On the other, nitrotoluene sulfonates are usually formed when sodium sulfite is added to TNT. The presence of sodium and sulfur in the TNT bulk is confirmed by using ICP technique. In this research, the kinetic of potassium permanganate reaction with pure TNT and nitrotoluene sulfonates (TNT and sodium sulfite) is studied using the absorption spectrometry in visible region and the rate constants and the reproducibility of the method are measured for determination of nitrotoluene sulfonates amounts. In the optimized concentrations of sulfuric acid (0.6 M) and potassium permanganate (0.6 mM), the results show 1.3 times increasing of reaction rate in the presence of nitrotoluene sulfonate. Introducing a simple, inexpensive and rapid method for quantifying nitrotoluene sulfonates are the advantages of the proposed method.

    Keywords: Trinitrotoluene, Sulfite Sodium, Permanganate Potassium, Kinetic, Sulfonate