REGULARITIES OF THE INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS AND EXTERNAL FACTORS ON THE SPEED AND EXPLOSIVELY UNSAFE COMBUSTION MODES OF PYROTECHNIC NITRATE-METALLIZED MIXTURES WITH ADDITIVES OF ORGANIC SUBSTANCES

Authors

DOI:

https://doi.org/10.24025/2306-4412.2.2023.276207

Keywords:

fire safety, pyrotechnic mixtures, combustion processes, burning speed, organic substances, metallic fuels

Abstract

Prevention of possible fire-explosive destruction of products in the conditions of external thermal actions is of significant practical importance. For this, it is necessary to have a controlled database on the rate of development of combustion of mixtures under conditions of elevated heating temperatures and external pressures, with the help of which it is possible to quickly determine the conditions for the occurrence of explosive modes of combustion of mixtures during their forced activation. There are no studies on the effect of a number of practically important additives of organic substances (for example, urotropin, paraffin, stearin, metaldehyde, rosin, iditol) on the rate of development of the combustion process of mixtures under conditions of elevated heating temperatures and external pressures inherent in thermal effects. The purpose of the work is to obtain a database for determining the regularities of the influence of additives of organic substances used in pyrotechnic production in the composition of two-component pyrotechnic mixtures of metal fuel powders (magnesium, aluminum) and a nitrate-containing oxidizer (sodium nitrate) on the rate of development of the process of their combustion under conditions of increased heating temperatures (up to 800 K) and external pressures (up to 107 Pa). Experimental studies have been conducted to determine the regularities of influence of technological parameters (ratio and dispersion of components) and external conditions (elevated heating temperatures and external pressures) on the speed and explosive modes of combustion of compacted mixtures of metal fuel powders (magnesium, aluminum), nitrate-containing oxidizer (sodium nitrate) and additives of organic substances used in pyrotechnic production (paraffin, stearin, naphthalene, anthracene, urotropine, metaldehyde, rosin, iditol). As a result of experimental studies of the influence of the main parameters of external thermal actions (heating temperatures, external pressures) for the ranges of changes in technological parameters used in practice (coefficient of excess oxidant, relative content of organic matter additive, dispersion of metallic fuel) on the rate and modes of combustion of mixtures, concentration limits of combustion are established. The conducted experimental studies make it possible to establish that an increase in T0 from 293 K to 800 K leads to an increase in the burning rate of mixtures by 1,5...3,8 times and a strengthening of the u(T0) dependence by 1,3...1,6 times; an increase in the oxidant content from α = 0,5 to α = 2,5 leads to a decrease in the burning rate by 1,7...4,2 times and a weakening of the u(T0) dependence by 1,7...2,3 times; a decrease in the average size of metal fuel particles leads to an increase in the burning rate by 1,9...2,8 times and a strengthening of the u(T0) dependence by 1,7...2,5 times; an increase in external pressure leads to an increase in the burning rate by 1,8...3,1 times and a strengthening of the u(Т0) dependence by 1,8...2,3 times. According to the degree of reduction in the speed and stabilization of the combustion process of mixtures under conditions of external thermal effects (increased heating temperatures and external pressures), additives of organic substances can be arranged in the following series: iditol > rosin > anthracene > urotropin > stearin > metaldehyde > naphthalene > paraffin. In practice, the obtained research results can be used at the stage of manufacturing of mixture charges by adjusting the nature and amount of organic substance additives to reduce their sensitivity to possible thermal effects.

Author Biography

Nazariy Kozyar, Cherkasy Institute of Fire Safety named after Heroes of Chernobyl of the National University of Civil Defense of Ukraine

Cand. Tech. Sc.

References

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: міжвуз. 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", Збірник наукових праць Черкаського інституту пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України "Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація", 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", Збірник наукових праць Черкаського інституту пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України "Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація", 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: Наук. думка, 2017.

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.

"Дослідження тенденцій і закономірностей динаміки основних показників статистики пожеж в Україні за територіальним принципом": звіт про наук.-досл. роботу. Київ: УкрНДІЦЗ, 2018.

О. С. Діброва, O. B. Кириченко, Р. Б. Мотрічук, та В. А. Ващенко, "Підвищення пожежної безпеки піротехнічних нітратно-металевих сумішей в умовах зовнішніх термічних дій", Internauka, № 5/5799, 2020. [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://www.inter-nauka.com

О. С. Діброва, О. В. Кириченко, Р. Б. Мотрічук, та В. A. Ващенко, "Закономірності впливу технологічних параметрів на пожежну безпеку піротехнічних нітратно-титанових сумішей в умовах зовнішніх термічних дій", Internauka, № 5/5798, 2020. [Online]. Available: http://www.inter-nauka.com

О. В. Кириченко, О. С. Діброва, та Р. Б. Мотрічук, "Вплив технологічних параметрів на залежності швидкості розвитку процесу горіння піротехнічних сумішей", на XI Міжнар. наук.-практ. конф. Теорія і практика гасіння пожеж та ліквідації надзвичайних ситуацій, Черкаси: Черкас. ін-т пожеж. безпеки ім. Героїв Чорнобиля, 2020.

Published

2023-06-02

How to Cite

Kozyar, N. (2023). REGULARITIES OF THE INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS AND EXTERNAL FACTORS ON THE SPEED AND EXPLOSIVELY UNSAFE COMBUSTION MODES OF PYROTECHNIC NITRATE-METALLIZED MIXTURES WITH ADDITIVES OF ORGANIC SUBSTANCES. Bulletin of Cherkasy State Technological University, (2), 89–99. https://doi.org/10.24025/2306-4412.2.2023.276207

Issue

Section

Chemical Technologies and Engineering, Environmental Safety

URN