Моделирование воспламенения кристалла триаминотринитробензола

Г.Т. Смагулова; Ж.Р. Уалиев; З.А. Мансуров

doi:10.18321/

Authors

G.T. Smagulova Institute of Combustion Problems, Bogenbai Batyr St., 172, Almaty, Republic of Kazakhstan
Zh.R. Ualiyev Institute of Combustion Problems, Bogenbai Batyr St., 172, Almaty, Republic of Kazakhstan
Z.A. Mansurov Institute of Combustion Problems, Bogenbai Batyr St., 172, Almaty, Republic of Kazakhstan

DOI:

https://doi.org/10.18321/

Keywords:

ignition, combustion, modeling, temperature, detonation

Abstract

Mathematical modeling as a tool of investigation of complex sets of interrelated physical and chemical processes that occur during ignition and combustion of condensed substances is being rapidly developing at present. In this paper presented a numerical simulation of the single crystal ignition triaminotrinitrobenzene (TATB). As a basic model for calculating parameters of ignition single crystal is modeled ignition of the explosive with a crystal anisotropy of its properties and cohesion thermal, chemical and mechanical processes. The data obtained show that due to the significant role of burnout and quality characteristics of the reaction zone differences, this model differs from the thermal theory of ignition. According to calculations, the ignition delay time has an exponential dependence on the initial temperature. In the paper presented the results of the calculation of the degree of conversion and the temperature distribution in the reaction zone from time to time, with the degenerate mode switch. It is shown that the region of existence of normal modes ignition narrowed by increasing the amount of internal deformation (cracks, cavities, pores, dislocations) and largely depends on the burn up substance. Significant influence of the concentration and structural expansion on ignition characteristics, by changing the activation energy of a chemical reaction induced by mechanical processes. The chemical reactions occurring at the initial ignition of the crystal, as in the ignition, the initial stage, is the abstraction of NO₂ groups from the molecule TATB, this reaction is endothermic. Then is detached NH₂-groups of the radical. After detachment NO₂ and NH₂-groups of the benzene radical fragmentation occurs with the formation of radical fragmentation.

References

(1) Hu E., Huang Z., He J., Jin C., Zheng J. Experimental and numerical study on laminar burning characteristics of premixed methane–hydrogen–air flames // International Journal of Hydrogen Energy. 2009. № 34. P. 4876–4888.

(2) Gordon R. L., Masri A. R., Pope S. B., Goldin G. M. A numerical study of auto-ignition in turbulent lifted flames issuing into a vitiated co-flow // Combustion Theory and Modelling. 2007. Vol. 11, No. 3. P. 351–376.

(3) Современные проблемы исследования быстропротекающих процессов и явлений катастрофического характера / Под ред. О. М. Белоцерковского и др. М.: Наука, 2007. 223 с.

(4) Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Одномерные, двумерные и пространственные модели газофазного зажигания жидких конденсированных веществ локальными источниками энергии // Труды Междунар. конф. «Химическая и радиационная физика». 25–29 августа 2009 г.

(5) Yang V. Modeling of supercritical vaporization, mixing, and combustion processes in liquid-fueled propulsion systems // Proceedings of the 28th International Symposium on Combustion. Pittsburgh, 2000.

(6) Амосов А. П. Теория воспламенения взрывчатых веществ при механических воздействиях // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. 1996. Вып. 4. С. 208–235.

(7) Tavernetti W. E., Hafez M. M. A numerical study of chaotic dynamics in thermal ignition and chemically reactive swirling flow // Seventh International Conference on Computational Fluid Dynamics (ICCFD7). Big Island, Hawaii, July 9–13, 2012.

(8) Вилюнов В. Н. Теория зажигания конденсированных веществ. Новосибирск: Наука, 1984. 190 с.

(9) Esfahani J. A., Sousa A. C. M. Ignition of epoxy by a high radiation source: a numerical study // International Journal of Thermal Sciences. Elsevier, Paris. 1999. № 38. P. 315–323.

(10) Митрофанов В. В. Детонация гомогенных и гетерогенных систем. Новосибирск: Изд-во Ин-та гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 2003. 200 с.

(11) Храмов Г. Н. Горение и взрыв. Монография. СПб.: СПбГПУ, 2007. 278 с.

(12) Магойченков М. А., Галаджий Ф. М., Росинский Н. Л. Мастер-взрывник. М.: Недра, 1975. 288 с.

(13) Кушнарев Д. М. Использование энергии взрыва в строительстве. М.: Стройиздат, 1973. 289 с.

(14) Орлова Е. Ю., Орлова Н. А., Жилин В. Ф. и др. Октоген – термостойкое взрывчатое вещество. М.: Недра, 1975. 128 с.

(15) Ловля С. А., Каплан Б. Л., Майоров В. В. и др. Взрывное дело. М.: Недра, 1976. 272 с.

(16) Яблоков В. А. Теория горения и взрывов. Н. Новгород, 2007. 61 с.

(17) Koch E.-Ch., Péron P.-F. Synoptic review on insensitive explosive molecules // ICT 41th. Karlsruhe, 29 June – 02 July 2010. V. 5.

(18) Knyazeva A. G., Evstigneev N. K. Interrelations between heat and mechanical processes during solid phase chemical conversion under loading // Procedia Computer Science. 2010. № 1. P. 2613–2622.

(19) Князева А. Г. О зажигании кристаллов взрывчатых веществ // Физика горения и взрыва. 2001. Т. 37, № 3. С. 94–105.

(20) Knyazeva A. G., Zarko V. E. The effect of chemically induced stresses and deformations on the ignition of solid propellants // Challenges in Propellants and Combustion. 100 Years after Nobel. Begell House, Inc. New York; Wallingford (U.K.), 1997. P. 762–773.

(21) Knyazeva A. G., Dyukarev E. A. On the modes of solid phase decomposition of single crystals of priming explosives // Physical Mesomechanics. 2000. V. 3, № 3. P. 93–102.

(22) Жилин В. Ф., Збарский В. Л., Юдин Н. В. Малочувствительные взрывчатые вещества. М.: Недра, 2008. 160 с.

(23) Дик И. Г., Селиховкин А. М. Модель зажигания и перехода к горению конденсированного газифицирующегося вещества // Математическое моделирование. 1991. Т. 3, № 4. С. 3–11.

(24) Князева А. Г., Кузнецов В. Т. Разрушение поверхностного слоя нитроглицеринового пороха в процессе зажигания при различных начальных температурах // Физика горения и взрыва. 1995. Т. 31, № 4. С. 10–19.

(25) Смирнов Л. П. Математическое моделирование процессов разложения взрывчатых веществ // Успехи химии. 2010. Т. 79, № 5. С. 466–483.

(26) Бахрах С. М., Володина Н. А., Гушанов А. Р. Численное моделирование инициирования взрывчатых превращений в твёрдом веществе при низкоскоростных воздействиях // Химическая физика. 2008. Т. 27, № 8. С. 70–76.

(27) Гусаченко Л. К., Зарко В. Е., Зырянов В. Я., Бобрышев В. П. Моделирование процессов горения твёрдых топлив. Новосибирск: Наука СО, 1985. 182 с.

(28) Сполдинг Д. Б. Основы теории горения. М.: Госэнергоиздат, 1959. 320 с.

(29) Зельдович Я. Б., Компанеец А. С. Теория детонации. М.: Гос. изд-во техн.-теор. лит., 1955. 268 с.

(30) Гребенкин К. Ф., Горшков М. М., Жеребцов А. Л., Попова В. В., Тараник М. В. Оценки скорости распространения волны горения из «горячих точек» при ударно-волновом инициировании ТАТБ // Труды VII Междунар. конф. «Забабахинские научные чтения». 8–12 сентября 2003 г.

(31) Зеленкин В. Г., Боровик С. И., Бабкин М. Ю. Теория горения и взрыва: конспект лекций. Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2011. 166 с.