CC BY
17
УДК 662.311.11
Ли Хунг, Нгуен Зюи Туан, Денисюк А.П.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРЕНИЯ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ НИТРАТОВ КАЛИЯ, НАТРИЯ И БАРИЯ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ
Нгуен Зюи Туан, аспирант 1-ого курса кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений; email: forget_mta@mail. ru;
Ли Хунг, студент 5 курса кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений; Денисюк Анатолий Петрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой химии и технологии высокомолекулярных соединений.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Определена экспериментальная температура горения систем на основе пластифицированной фенолформальдегидной смолы и нитратов калия, натрия и бария при атмосферном давлении. Показано, что она близка к расчетной, то есть достигается полнота горения.
Ключевые слова: температура горения, системы на основе нитратов калия, натрия и бария, коэффициент избытка окислителя а.
DETERMINATION OF EXPERIMENTAL TEMPERATURE OF SYSTEMS ON THE BASIS OF NITRATES OF POTASSIUM, SODIUM AND BARIUM AT ATMOSPHERIC PRESSURE
Nguyen Duy Tuan, Ly Hung, Denisyuk A.P.
Mendeleev University of Chemical Technology, Moscow, Russia
The combustion temperature of systems based on plasticized phenol-formaldehyde resin and potassium, sodium and barium nitrates at atmospheric pressure was determined. It is shown that complete combustion is observed for all the samples studied.
Keywords: combustion temperature, systems on the basis of nitrates potassium, sodium, barium, oxidizer excess ratio а.
В работе [1] изучены закономерности горения энергонасыщенных систем на основе нитратов калия и натрия с различной расчётной температурой горения в широком давлении от 0,1 МПа до 18 МПа. Однако совершенно не ясно, будет ли экспериментальная температура горения равна расчетной, особенно при атмосферном давлении, при котором происходит горение многих составов. Например, полнота горения нитроэфиров, пироксилиновых и баллиститных порохов без катализаторов достигается при давлении около 4-5 МПа, а при атмосферном давлении экспериментальная температура их горения на 10001500 К ниже расчётной.
В работе [2, 3] показано, что экспериментальная температура горения
пожаротушащих топлив на основе нитрата калия и фенолформальдегидной смолы,
пластифицированной смесью триэтиленгликоля и диоктилсебацината, близка к расчетной. Экспериментальные данные по температуре горения систем на основе других нитратов в литературе отсутствуют. Но совершенно очевидно, что если они используются при атмосферном давлении их горение должно быть устойчивым с полным выделением тепла и образованием
соответствующего состава продуктов горения. Поэтому определение экспериментальной
температуры горения для систем на основе нитратов различных металлов являются необходимой для решения задач при разработке составов.
Объектами исследования явились составы на основе фенолформальдегидной смолы,
пластифицированной дибутилфталатом, и нитратов калия, натрия и бария, а также составы, содержащие металлические горючее - алюминий АСД - 6 (средний размер 4 мкм), который вводили в составы сверх 100%, т.е за счет пропорционального уменьшения всех компонентов. Все образцы содержали примерно одинаковое массовое количество окислителя (таблица 1).
Скорость горения образцов определяли на цилиндрических шашках диаметром ~7 мм, высотой h = 20-30 мм. Заряды бронировались по боковой поверхности для того, чтобы обеспечить их горение параллельными слоями в осевом направлении. Для определения времени горения использовали высокоскоростную камеру CASIO Exilim EX-F1. Измерение температуры горения образцов проводили с помощью П-образных вольфрам-рениевых термопар толщиной 50 мкм на зарядах бронированных в трубке из плексигласа. Для
размещения термопары в образце готовили два полузаряда специальной формы, на площадку одного из них помещали спай термопары, затем полузаряды плотно соединялись путем их подпрессовки при температуре 75-80оС. Изготовленная шашка с термопарой помещалась в прибор постоянного давления и сжигалась в атмосфере азота для исключения взаимодействия продуктов с кислородом воздуха. Типичные осциллограммы «температура - время горения» для образцов на основе нитрата калия, натрия и бария представлены на рисунке 1. Максимальную экспериментальную температуру горения определяли на участке с постоянной её значением. Отметим, что на осциллограммах наблюдаются Т,К ] ■;■:■:■
Т =1507 К
и» -]! ■:■:■ -10« -
зм
пульсации температуры, вероятно, это связанно с налипанием на спай термопары конденсированных продуктов горения.
Термодинамические расчёты, проведенные по программе Real Win, показали, что образцы с нитратом калия и натрия имеют одинаковое значение а = 0,72, а для образца с нитратом бария оно значительно меньше (0,57), и при атмосферном давлении температура горения для этих образцов 1615 К, 1585 К и 1485 К соответственно. При введении в эти составы алюминия значение а сильно снижается, а температура горения значительно увеличивается на 547, 463 и 763 К соответственно.
5«
-1«
300
9Л4
4 *5
9 ])
а)
о ]f
4 ]4
4л; сек
TfK
LiH
1444 1244 1944
$44 $99 -4'Ifl
T,= 15JSK
oo
9 ]
9.1
9 }
0 4
В)
9 I
9 "
_, 200
• it,cac oioo
9 s t^ сек
аз? т. сек
0,05
ft И 0,15
r)
020 0.25 t, сек
l.o tjCeK
Рис.1. Экспериметальная температура горения образцов на основе нитрата калия без металла (а), с металла (б), нитрата бария без металла (в), с металлом (г), и нитрата бария без металла (д) и с металлом при атмосферном давлении
При атмосферном давлении образец на основе нитрата калия имеет наибольщую скорость горения (5,2 мм/с), а образцы с нитратом натрия и бария горят с гораздо низкой скоростью (1,5 и 1,1 мм/с). С введением алюминия скорость горения образца с нитратом калия незначительно увеличилась (до 5,8 мм/с), а скорость горения образцов с нитратом бария и натрия увеличилась в ~ 2 раза.
Экспериментальная температура горения для образцов без алюминия на основе нитратов калия и натрия практически не отличается от расчетной температуры. Для образцов с металлом экспериментальная температура горения несколько ниже расчетной: для образцов с нитратом калия и с нитратом натрия на ~ 100 К, а для образца на основе нитрата бария на 58 К (таблица 1). Возможно, это связанно с небольшой теплопотерей за счет излучения спая термопары.
Таблица 1. Теоретические и экспериментальные температуры горения образцов на основе нитратов калия, натрия и бария при атмосферном давлении
Количество нитрата Количество металла, % а Скорость горения, мм/с Трасч^ К Количество опытов К A V К
78,5% KNO3 - 0,72 5,2 1516 6 +5 1510 -15 -6
68,3% KNO3 13 % АСД-6 0,58 5,8 2063 5 +17 1963 -63 -100
75,5% NaNO3 - 0,72 1,5 1585 6 +6 1574 -20 -11
65,7% NaNO3 13 % АСД-6 0,60 3,3 2048 6 +50 1950 -25 -98
78% Ba(NO3)2 - 0,57 1,1 1485 5 +20 1440 -15 -45
67,8% Ba(NO3)2 13 % АСД-6 0,46 2,1 2248 5 +40 2190 -18 -58
Таким образом, для образцов на основе нитратов калия, натрия и бария экспериментальная температура горения при атмосферном давлении практически совпадает с расчетной, то есть достигается полнота горения.
Список литературы
1. Nguyen Duy Tuan, Vladimir A.Sizov, Anatoly P. Denisyuk. Combustion regularities of propellant on the basis of nitrates of various metals // Proceedings of the 21st Seminar on New Trends in Research of Energetic Materials. Ntrem — Pardubice, Czech Republic — 2018 — P. 1112-1116.
2. Денисюк А.П., Русин Д.Л., Нгуен Дык Лонг. Механизм горения пожаротушащих топлив на основе нитрата калия // ДАН. — 2007. — том 414, №. 1. — С. 63-66.
3. Жуков Б.П., Денисюк А.П., Русин Д.Л., Шепелев Ю.Г. «Горение пожаротушащих порохов на основе нитрата калия» //ДАН. — 2002. — Т. 382, №4. — С. 492-496.
4. Русин Д.Л. Основы комплексного модифицирования полимерных композитов, перерабатываемых проходным прессованием. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. 222 с.
