فهرست مطالب
فصلنامه مواد پر انرژی
سال شانزدهم شماره 3 (پیاپی 51، پاییز 1400)
- تاریخ انتشار: 1401/01/20
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 121-126
یکی از مشکلات تولید، حمل و نقل و ذخیره سازی سوخت های مایع، تجمع الکتریسیته ساکن به علت هدایت الکتریکی پایین آنها می باشد. با تجمع الکتریسیته ساکن بیش از انرژی یونیزاسیون محیط، جرقه الکتریکی ایجاد خواهد شد که منجر به آتش سوزی و یا انفجار مخزن سوخت خواهد شد. لذا یک پارامتر کلیدی در سوخت ها و یا حلال های آتش گیر، میزان هدایت الکتریکی می باشد. در این تحقیق، ابتدا سل دستگاه اندازه گیری هدایت الکتریکی مایعات مطابق استاندارد DIN 51412-1 ساخته شد. از آنجا که سل استاندارد معایبی مانند وابستگی هدایت الکتریکی به حجم نمونه، نشتی ماده، نیاز به حجم بالای مصرف نمونه، نظافت سخت سل و حمل مشکل آن به واسطه اندازه و وزن زیاد دارد، سل جدید به صورت غوطه وری طراحی و ساخته شد و با استفاده از حلال های تولوین، هگزان و همچنین سوخت های JP-8 و تترالین صحت عملکرد آن بررسی شد. سپس با افزودن آنتی استاتیک Stadis450 رسانایی هر یک از حلال ها و سوخت های مذکور با سل های استاندارد و جدید اندازه گیری و مقایسه شد که خطای اندازه گیری کمتر از نیم درصد بود.
کلیدواژگان: سوخت مایع، تترالین، هدایت الکتریکی، روش غوطه وری، طراحی، ساخت، کالیبراسیون -
صفحات 127-147
بررسی برخورد مواد پرانرژی به صورت شبیهسازی به منظور افزایش ایمنی و جلوگیری از وقوع انفجار احتمالی و همچنین افزایش کیفیت محصول در شرایطی که آزمایش عملی میتواند بسیار خطر آفرین باشد، بسیار پراهمیت است. در تحقیق حاضر از ماده پرانرژی HMXبا توجه به مصرف بالای آن در صنایع نظامی و نقش مهم اندازه این ماده در تجهیزات نظامی، جهت شبیهسازی و بررسی نتایج مورد استفاده قرار گرفته است. در این مطالعه، میزان تولید انرژی حین خردایش ذرات جامد پرانرژی در اندازه 40 الی 150 میکرون، مورد بررسی قرار گرفته است. هدف این پژوهش در ابتدا، یافتن بهینه ترین شرایط عملیاتی در دستگاه خردایش مورد نظر و سپس بررسی پارامترهای مختلف ناشی از برخورد ذرات مواد پرانرژی حین خردایش در دستگاه جتمیل معرفی شده، میباشد. بههمینمنظور، در این پژوهش در ابتدا جتمیل طراحی شده در شرایط عملیاتی مختلف (فشارهای ورودی متفاوت) با استفاده از مدل DPM شبیهسازی و مورد بررسی قرارگرفت. رفتار جریان گاز، مسیر حرکت ذرات و دمای ذرات HMX به وسیله نرم افزار ANSYS-FLUENT-19 شبیهسازی شد. نتایج نشان دادند که فشار عملیاتی 4 (bar) قابلیت میسرکردن حداکثر خردایش در دستگاه جتمیل بدون خطر انفجار را فراهم میآورد.
کلیدواژگان: خردایش، جت میل، برخورد، شبیه سازی -
صفحات 149-158
در این تحقیق، ترکیب انفجاری گرانول و پرسی پنتاستیت، با پوشش دهی و غیر حساس سازی ماده منفجره پنتااریتریتول تترانیترات (PETN) با دو پلیمر پلیاستایرن مقاوم به ضربه (HIPS)، فلویوروالاستومر وایتون و واکس پارافینی ساخته شد و استحکام مکانیکی فرمولاسیونها و دمای انتقال فازی بایندرها با روش کالریمتری روبشی تفاضلی (DSC) بررسی گردید. همچنین با طراحی آزمایشهای مخلوط با نرمافزار Minitab، تاثیر سه محدوده توزیع دانهبندی PETN بر پرس شوندگی، استحکام فشاری، دانسیته و توزیع دانهبندی محصول بر پایه پلیمر منتخب HIPS مطالعه و بهینهسازی شد. نتایج بهینه نشان میدهد که استحکام فشاری و مدول الاستیک تجربی در دمای محیط و غلظت 4 درصد وزنی بایندر، برای نمونههای بهینه پرس شده PETN پوشش دادهشده با HIPS، به ترتیب 0/15 و 1/91 است و نسبت به واکس پارافینی و فلویوروالاستومر گرانقیمت وایتون مطلوبتر است. با استفاده از HIPS، افزایش درصد وزنی دانهبندی کمتر از 150 میکرومتر ماده منفجره، استحکام فشاری را کاهش میدهد و برای رسیدن به استحکام بیشتر، بهتر است که از ذرات در محدوده دانهبندی150 تا 300 میکرومتر استفاده شود.
کلیدواژگان: مواد منفجره، پوشش دهی، واکس، پلیمر پلی استایرن، PETN، خواص مکانیکی، استحکام فشاری -
صفحات 159-168
ساندویچ پنل ها سازههای متداولی برای جذب انرژی انفجار و استفاده بهعنوان سپر انفجار میباشند. در این مقاله عملکرد و پاسخ دینامیکی نوع جدیدی از سازههای ورق ساندویچی فلزی و مدور بهعنوان جاذب انرژی انفجار با هسته لولهای شعاعی تحت بار انفجار موردبررسی قرارگرفته است. از روشهای تحلیلی و تجربی برای ارزیابی پاسخ دینامیکی سازه ورق ساندویچی استفادهشده است. در روش تحلیلی پاسخ سازه به سه مرحله زمانی مجزا و متوالی تقسیمشده است. مرحله اول شامل تداخل سازه و سیال، مرحله دوم تراکم و لهشدگی هسته و مرحله سوم پاسخ دینامیکی و خمش کل سازه ورق ساندویچی است. با استفاده از قوانین بنیادین علم مکانیک مانند قوانین بقاء جرم و بقاء ممنتوم، پاسخ تحلیلی تغییر شکل و معادلات حاکم بر آن فرمولبندی شده است و معادلهای به شکل بسته برای خیز سازه و مقدار بیشینه آن بهدستآمده است. آزمایش تجربی با ساخت ورقهای ساندویچی به روش انفجار آزاد، بهمنظور ارزیابی و صحت سنجی نتایج تحلیلی انجامشده است. پاسخ دینامیکی و خیز بیشینه نمونه ها، مورد ارزیابی قرارگرفته است. انطباق خوبی بین نتایج تحلیلی و تجربی وجود دارد. میانگین اختلاف نتایج روش های تحلیلی و تجربی 18 درصد است.
کلیدواژگان: پاسخ تحلیلی، پاسخ تجربی، بار انفجار، ورق ساندویچی، هسته لوله ای -
صفحات 169-175
در این پژوهش، مدلی جدید و قابل اطمینان به منظور پیش بینی دمای تجزیه حرارتی کوکریستال های پرانرژی بر مبنای عوامل ساختاری، با استفاده از روش رگرسیون خطی چند گانه (MLR) ارایه شده است. توصیف کننده های مورد استفاده در این مدل شامل نسبت تعداد اتم هیدروژن به کربن، تعداد پیوندهای دوگانه، تعداد گروه N=N ، نسبت آروماتیسیته (ARR)، تعداد حلقه های 10 عضوی، نسبت تعداد حلقه های بنزن به تعداد کل حلقه ها و تعداد قطعات مولکولی N-N است. ضریب تعیین نتایج حاصله برابر با 0/949= R2 به دست آمد. همچنین توان پیش بینی کنندگی مدل ارایه شده، با روش اعتبارسنجی متقاطع مورد ارزیابی قرار گرفت که نتایج 0/950=Q2LOO و 0/953=Q2LMO نشان از قدرت پیش بینی کنندگی بالای مدل دارد. انحراف ریشه میانگین مربعات (RMSD) و میانگین انحراف مطلق (AAD) برای مدل ارایه شده به ترتیب برابر با 10/36 و 8/05 کلوین برای 28 ترکیب کوکریستال پرانرژی به عنوان سری داده های آموزشی به دست آمد که نشان دهنده قابلیت اطمینان خوب مدل است. همچنین اعتبار مدل از روش اعتبارسنجی خارجی برای 9 ترکیب کوکریستال پرانرژی دیگر به عنوان سری آزمایشی مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج به دست آمده نشان داد که RMSD و AAD به ترتیب برابر 16/61 و 13/63 کلوین است. در نهایت نتایج مدل ارایه شده جدید با نتایج مشابه گزارش شده توسط مدل مبتنی بر روش غیر خطی شبکه عصبی مقایسه شده است.
کلیدواژگان: کوکریستال های پرانرژی، مدل سازی، دمای تجزیه حرارتی، روش MLR، QSPR -
صفحات 177-188
در تحقیق حاضر شبیهسازی دوبعدی موج بلست انفجار در محیط با مانع و بدون مانع با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) با روش حجم محدود و به شکل دینامیکی انجامشده است. برای این منظور مشخصات ماده انفجاری و ابعاد موانع محیط انفجار در نرمافزار متنباز اپن فوم واردشده و شبیهسازی CFD انجامشده است. انرژی پتانسیل انفجار با رویکرد ترم چشمه انرژی در شبیهسازی اعمالشده است. حلگر جدیدی در نرمافزار اپن فوم با اصلاح حلگر سانیک فوم ایجادشده است. همچنین ترم چشمه ارایه شده در تحقیقات گذشته به منظور دستیابی به نتایج دقیقتر اصلاح شده است. از دو مدل آشفتگی k- از گروه مدلهای RANS و مدل یک معادله از گروه مدلهای LES در شبیهسازی جهت بررسی رفتار آسفتگی جریان استفادهشده و نتایج مقایسه شده است. به منظور تنظیم پارامترها و افزایش دهنده دقت حل دوبعدی، از روش طراحی آزمایش تاگوچی استفاده گردید. جهت اعتبار سنجی نتایج حاصل از شبیهسازی انفجار از دادههای آزمایشگاهی گزارششده در منابع استفادهشده است. نتایج نشان میدهند که شبیهسازی انفجار در تحقیق حاضر تطابق نسبتا خوبی با دادههای آزمایشگاهی دارد. در ادامه اثر حضور موانع در افزایش میرایی موج بلست انفجار بررسی گردیده است.
کلیدواژگان: موج بلست انفجار، شبیه سازی دوبعدی، ترم چشمه انرژی، اثر مانع، روش حجم محدود، مدل تربولانسی، طراحی آزمایش
-
Pages 121-126
Due to low electrical conductivity of liquid fuels, electrostatic accumulation is a problem in production, transportation and storage of the fuels. Electrostatic accumulation more than ambient ionization energy leads to electrical spark which causes firing and/or fuel tank explosion. Therefore, the electrical conductivity is a key parameter in fuels or flammable solvents. In this research, the apparatus cell for electrical conductivity measurement of liquids was firstly manufactured based on DIN51412-1 standard. Due to some problems in standard cell such as dependency of electrical conductivity on sample volume, chemical leakage, high volume consumption of sample, difficult cleaning of the cell and carrying problems because of size and weight, a new cell was designed based on submerging method and manufactured. The new cell performance was calibrated with various solvents like toluene, hexane and also JP-8 and tetralin as aviation fuels. Then, the conductivity of each solvent and fuel was measured and compared via the standard and new cells in the presence of antistatic Stadis 450. The measuring error was less than 0.5%.
Keywords: Liquid Fuel, Tetralin, Electrical Conductivity, Submerging Method, Design, Manufacturing, Calibration -
Pages 127-147
It is very important to study the collision of high-energy material HMX in the form of simulations in order to increase safety and prevent a possible explosion, as well as to increase the quality of the product, in situations that practical testing may be very dangerous.
In this study, due to its high consumption in the military industry and the important role of the size of the material in military equipment, the high-energy HMX material has been used to simulate and evaluate the results. In this article, the energy production rate during the breakage of energetic solid particles in the size of 40 to 150 microns has been investigated. The purpose of this study in the first step is to find the optimal operating conditions in the breakage machine and then to investigate the various parameters caused by the collision of particles of energetic materials during breakage in the introduced jet mill machine. Therefore, in this study, first the designed jet mill in different operating conditions (different inlet pressures) was simulated and investigated using the DPM model. Gas flow behavior, particles moving path and HMX particle temperature were simulated by Ansys-Fluent software. The results showed that The operating pressure of 4 (bar) provides the possibility of maximum breakage in the jet mill machine without the risk of explosion.Keywords: Breakage, Jet Mill, Collision, HMX, DPM -
Pages 149-158
In this study, some granulated and pressable formulations based on coating of pentaerythritol tetranitrate (PETN) explosives with high impact polystyrene polymer (HIPS), Viton fluoroelestomer and paraffin wax were developed. Thereafter, mechanical strength of pressed formulations and transition temperature of binders were evaluated using uniaxial compressive strength test and differential scanning calorimetric (DSC) method, respectively. Also, the effect of PETN particle size distribution on compressibility, mechanical strength, density and particle size of pressed samples based on HIPS binder were statistically studied and optimized using mixture design of experiments by Minitab software. In the optimized experimental conditions, the compressive strength and elastic modulus for PETN/HIPS mixture at ambient temperature and at the concentration of 4.0 wt.% of the binder, were 15.0 and 91.1 MPa, which is better than formulations based on expensive Viton polymer and paraffine wax. By using HIPS binder, increasing the amount of PETN particle size <150 μm, mechanical strength of pressed samples decrease, and also particle size distribution in the range of 150-300 μm , leads to production of better formulations.
Keywords: Explosives, Coating, Polystyrene, PETN, Mechanical properties, Compressive strength -
Pages 159-168
Sandwich panels are common structures for absorbing explosion energy and used as an explosion shield. In this paper, the performance and dynamic response of a new type of metal and circular sandwich sheet structures as blast energy absorbers with radial tube cores under blast load are investigated. Analytical and experimental methods have been used to evaluate the dynamic response of the sandwich panel structure. In the analytical method, the response of the structure is divided into three separate and consecutive time stages. The first stage includes the interaction of structure and fluid, the second stage is the compression and crushing of the core and the third stage is the dynamic response and bending of the whole structure of the sandwich panel. Using the basic laws of mechanics, such as the laws of mass and momentum conservation, the analytical response of the deformation and the governing equations have been formulated, and a closed form equation for the maximum deflection has been obtained. The experiments were performed by making sandwich panels under the blast load and by free blasting method in order to evaluate and validate the analytical results. The results are compared and there is good agreement between the results in analytical and experimental methods. The average difference between the results of analytical and experimental methods is 18%.
Keywords: Analytical response, Experimental response, Explosion load, Sandwich panels, Tube core -
Pages 169-175
In this research, a new and reliable model for predicting the thermal decomposition temperature of energetic crystals based on structural factors using multiple linear regression (MLR) method is presented. Descriptors used in this model include the ratio of the number of hydrogen atoms to carbon, the number of double bonds, the number of N = N groups, the ratio of aromatics (ARR), the number of 10-membered rings, the ratio of the number of benzene rings to the total number The rings and the number of molecular fragments is N-N. The coefficient of determination of the obtained results was equal to R2= 0.949. Also, the predictive power of the proposed model was evaluated by cross-validation method, which shows the results of Q2LOO = 0.950 and Q2LMO = 0.953, indicating the high predictive power of the model Root mean square deviation (RMSD) and absolute average deviation (AAD) for the proposed model were 10.36 and 8.51 Kelvin, respectively, for 28 high-energy crystalline compounds as a series of training data, indicating the ability to Good model reliability. Also, the validity of the model was evaluated from the external validation method for 9 other energetic crystalline compounds as an experimental series, and the results showed that the RMSD and AAD are equal to 16.61 and 13.63 Kelvin, respectively. . Finally the comparison between the obtained results with similar results based on artifitial neural network is reported.
Keywords: High energy crystals, Modeling, Thermal decomposition temperature, MLR method, QSPR -
Pages 177-188
In the present study, two-dimensional simulation of blast wave in a barrier and unobstructed environment using computational fluid dynamics (CFD) has been performed by finite volume method and dynamically. For this purpose, the characteristics of explosive matter and the dimensions of the obstacles in the blast environment have been entered in open source software and CFD simulation has been performed. Detonation potential energy is applied with the energy source term approach in simulation. For this purpose, a new solver has been created in open foam software with sonicFoam solver modification. Also, the source term presented in past researches has been modified in order to achieve more accurate results. Two models of k- ε turbulence from RANS models group and model one equation of LES models group in simulation are used to investigate the behavior of flow turbulence and the results was compared. In order to adjust the parameters and increase the accuracy of 2D solution, Taguchi design of experiment method was used. To validate the results of blast simulation, the reported laboratory data in the resources have been used. The results show that the explosion simulation in the present study is in relatively good agreement with laboratory data. Then, the effect of barriers on increasing blast wave damping has been investigated.
Keywords: Blast wave, Two-dimensional simulation, Energy source term, Obstacle effect, Finite volume method, Turbulence model, Design of experiment