REGULARITIES OF THE INFLUENCE OF DIFFERENT FACTORS ON THE RATE OF DEVELOPMENT OF THE COMBUSTION PROCESS OF PYROTECHNIC MIXTURES BASED ON OXYGEN-CONTAINING OXIDIZERS AND METALLIC FUELS

Authors

DOI:

https://doi.org/10.24025/2306-4412.1.2023.271133

Keywords:

fire safety, pyrotechnic mixtures, oxygen-containing oxidizers, metal fuels, burning speed, stability of the burning process, external influences

Abstract

Of great practical importance in preventing possible destruction of pyrotechnic products based on mixtures of powders of oxygen-containing oxidants and metal fuels in conditions of external thermal effects is the ability to regulate the speed of development of the combustion process of mixtures, first of all, with the help of technological parameters (ratio and dispersion of components, compaction coefficient, amount and nature of additives of organic and inorganic substances, etc.). Currently, the influence of the above-mentioned technological parameters on the burning rate is sufficiently well studied. In addition to the main parameters listed above, there are a number of other unstudied factors that also have a significant impact on the burning rate of mixtures (for example, heat exchange with the environment, which depends on the diameter of the charge and the material of the shell that isolates it, as well as the humidity of the oxidizer, composition and humidity of environment in which mixture charges are stored and fired, external pressures, etc.). The purpose of the work is to establish the regularities of the influence of heat exchange with the environment, its composition, humidity and pressure, as well as the humidity of the oxidizer on the speed and stability of the combustion process of compacted mixtures of oxygen-containing oxidizer powders and metal fuels. Replacement of more heat-conductive shell of a sample of Mg + NaNO3, Mg + Sr(NO3)2, Al + NaNO3, PAM + NaNO3 mixtures with a less heat-conductive one (for example, metal with paper one) leads to a decrease in the burning rate by more than 2...3 times and a noticeable stabilization of the combustion process. The strongest influence of the coefficient of shell thermal conductivity is manifested with an increase in the size of the particles of metal fuel and oxidizer. The regulation of technological parameters (ratio and dispersion of components, compaction coefficient) also leads to an increase in the stability of the combustion process of mixtures. The reduction of the degree of hydration of the oxidizing agent (for example, NaNO3 or Sr(NO3)2 by encapsulating its particles (for example, with aluminum)) also leads to a decrease in the burning rate of the mixture and its stabilization. The encapsulation of particles of oxidizing powders leads to weakening of the u(Р) dependence and an increase in the resistance of the mixture combustion process to external thermal influences. The burning rate of mixtures of Mg + NaNO3, Mg + Sr(NO3)2, Al + NaNO3, PAM + NaNO3 increases more than 3…4 times with the increase in thermal conductivity of the shell, and the burning process becomes unstable and explosive. The transition from a sample of the mixture in a shell (for example, a paper one) to a sample without a shell leads to an increase in the burning rate and to a change in the nature of the u(α) dependence: the maximum on the curve shifts to the side of the oxidant excess. A decrease in the humidity of the external environment (for example, air) leads to an increase in the rate of combustion of mixtures, shift of the position of the maximum on the curve u(α) towards an excess of metallic fuel and, in general, to a destabilization of the combustion process of mixtures.

Author Biographies

Nazariy Kozyar, Cherkasy Institute of Fire Safety name after Chornobyl Heroes of National University of Civil Defense of Ukraine

doctoral student National University of Civil Defense of Ukraine
National University of Civil Defense of Ukraine

Oksana Kyrychenko, Cherkasy Institute of Fire Safety name after Chornobyl Heroes of National University of Civil Defense of Ukraine

Head of the department of fire prevention work of the Cherkasy
Institute of Fire Safety name after Chornobyl Heroes of National University of Civil Defense of Ukraine

Victoria Kovbasa, Cherkasy Institute of Fire Safety name after Chornobyl Heroes of National University of Civil Defense of Ukraine

Adjunct of the Cherkasy Institute of Fire Safety name after Chornobyl Heroes of National University of Civil Defense of Ukraine

Yevhenii Kyrychenko, Cherkasy Institute of Fire Safety name after Chornobyl Heroes of National University of Civil Defense of Ukraine

Adjunct of the Cherkasy Institute of Fire Safety name after Chornobyl Heroes of National University of Civil Defense of Ukraine

Vyacheslav Vaschenko, Cherkasy State Technological University

Head of the Department of Fundamental Disciplines and Applied Materials Science, Cherkasy State Technological University

Sergiy Kolinko, Cherkasy State Technological University

Associate Professor, Department of Fundamental Disciplines and Applied Materials Science, Cherkasy State Technological University

Valentin Tsybulin, Cherkasy State Technological University

Lecturer, Department of Fundamental Disciplines and Applied Materials Science, Cherkasy State Technological University

References

О. В. Кириченко, П. С. Пашковський, В. А. Ващенко, та Ю. Г. Лега, Основи пожежної безпеки піротехнічних нітратовмісних виробів в умовах зовнішніх термовпливів. Київ, Україна: Наукова думка, 2012.

О. В. Кириченко, О. С. Діброва, Р. Б. Мотрічук, О. С. Барановський, та В. В. Цибулін, "Визначення вмісту високотемпературного конденсату в продуктах згоряння піротехнічних нітратно-металевих сумішей при підвищених зовнішніх тисках", Наука та виробництво: міжвузів. темат. зб. наук. пр., вип. 19, с. 323-332, 2018.

V. V. Kovalyshyn, V. M. Marych, Y. M. Novitskyi, В. M. Gusar, V. V. Chemetskiy, and O. L. Mirus, "Improvement of a discharge nozzle damping attachment to suppress fires of class D", Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, no. 5 (95), pp. 68-76, 2018.

О. В. Кириченко, О. С. Діброва, Р. Б. Мотрічук, В. А. Ващенко, С. О. Колінько, та В. В. Цибулін, "Дослідження впливу міцності зарядів піротехнічних нітратно-металевих сумішей на пожежну безпеку виробів на їх основі", Вісник Черкаського державного технологічного університету, № 3, с. 56-67, 2019.

O. Dibrova, O. Kyrychenko, R. Motrychuk, M. Tomenko, and V. Melnyk, "Fire safety improvement of pyrotechnic nitrate-metal mixtures under external thermal conditions", Technology audit and production reserves, no. 1/1 (51), рp. 44-49, 2020.

Р. Б. Мотрічук, О. В. Кириченко, В. А. Ващенко, С. О. Колінько, Т. І. Бутенко, Є. П. Кириченко, та В. В. Цибулін, "Закономірності впливу технологічних параметрів та зовнішніх чинників на температуру та склад продуктів згоряння піротехнічних нітратно-металевих сумішей", Вісник Черкаського державного технологічного університету, № 4, с. 131-142, 2020.

Є. Кириченко, "Дослідження процесів зовнішніх термоударних дій на піротехнічні металоксидні вироби в умовах пострілу та польоту", Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація: зб. наук. пр. Черкас. ін-ту пожеж. безпеки ім. Героїв Чорнобиля Нац. ун-ту цивільного захисту України, т. 5, № 2, с. 37-51, 2021.

Є. П. Кириченко, В. В. Ковалишин, В. М. Гвоздь, В. А. Ващенко, С. О. Колінько, та В. В. Цибулін, "Дослідження механізму та розробка моделі розвитку процесу горіння піротехнічних сумішей металеве пальне + оксид металу при зовнішніх термічних діях", Вісник Черкаського державного технологічного університету, № 4, с. 68-82, 2021.

Є. Кириченко, В. Гвоздь, В. Ващенко, О. Кириченко, О. Дядюшенко, та В. Мельник, "Закономірності впливу технологічних параметрів та зовнішніх чинків на температуру займання та час згоряння частинок магнію та алюмінію в продуктах розкладання оксидів металів", Цивільний захист та пожежна безпека, № 2 (12), с. 111-121, 2021.

Є. Кириченко, "Дослідження процесів займання та розвитку горіння двокомпонентних піротехнічних сумішей з порошків магнію, алюмінію та оксидів металів при підвищених температурах нагріву та зовнішніх тисках", Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація: зб. наук. пр. Черкас. ін-ту пожеж. безпеки ім. Героїв Чорнобиля Нац. ун-ту цивільного захисту України, т. 6, № 1, с. 29-42, 2022.

Є. Кириченко, В. Гвоздь, В. Ващенко, О. Кириченко, та О. Дядюшенко, "Попередження передчасного спрацьовування піротехнічних виробів на основі сумішей з порошків магнію, алюмінію та оксидів металів в умовах зовнішніх термічних дій", Цивільний захист та пожежна безпека, № 2 (12), с. 122-130, 2022.

Є. П. Кириченко, "Методика визначення критичних значень параметрів зовнішніх термічних дій на піротехнічні металооксидні вироби в умовах експлуатації", Вісник Черкаського державного технологічного університету, № 2, с. 53-63, 2022.

В. М. Фатєєв, Ю. П. Приходько, та Л. І. Таборов, Піротехніка. Київ, Україна: Наукова думка, 2017.

В. М. Баланюк, Н. М. Козяр, та О. І. Гарасим’юк, "Застосування газоаерозольно-порошкових вогнегасних сумішей для захисту від запалювальних сумішей", Science Rise, № 2 (22), c. 11-14. 2016.

O. V. Kyrychenko, O. S. Dibrova, R. B. Motrichuk, V. A. Vashchenko, and S. O. Kolinko, "Investigation of ignition and combustion of particles of aluminum and magnesium alloys in the decomposition products of solid pyrotechnic fuels", Scientific Bulletin Civil Protection and Fire Safety, no. 2 (8), pp. 81-85, 2019.

Published

2023-02-21

How to Cite

Kozyar, N., Kyrychenko, O., Kovbasa, V., Kyrychenko, Y., Vaschenko, V., Kolinko, S., & Tsybulin, V. (2023). REGULARITIES OF THE INFLUENCE OF DIFFERENT FACTORS ON THE RATE OF DEVELOPMENT OF THE COMBUSTION PROCESS OF PYROTECHNIC MIXTURES BASED ON OXYGEN-CONTAINING OXIDIZERS AND METALLIC FUELS. Bulletin of Cherkasy State Technological University, (1), 72–81. https://doi.org/10.24025/2306-4412.1.2023.271133

Issue

Section

Chemical Technologies and Engineering, Environmental Safety

URN