Investigation of slow cook-off characteristics of self-igniting energetic materials
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ZEKERİYA TANER KAYA
Danışman: GÖRKEM KÜLAH
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalışmada küçük ölçekli test kalemlerinin ve tam ölçekli mühimmatların, patlayıcıların ısıl bozunmasından kaynaklanan yavaş ısınma tepkisi araştırılmaktadır. Savunma kaynaklarında en çok kullanılan dört patlayıcı bileşiminin (P1'den P4'e) ısıl bozunma parametreleri izotermal olmayan termogravimetrik analiz ve diferansiyel taramalı kalorimetre ile belirlenmiştir. Bu parametreler dikkate alınarak yavaş ısınma testinde patlayıcı bileşimlerini istenmeyen şiddetli yanma (ing. deflagrasyon) ve infilak (ing. detonasyon) öncesinde yakacak bir ateşleyici (ing. igniter) bileşimi geliştirilmiştir. Geliştirilen ateşleyici ve patlayıcı bileşimlerinin yavaş ısınma tepkisinin (tutuşma sıcaklığı ve tutuşma zamanı) 5, 15 ve 25°C/saat ısıtma hızlarında zorlamalı taşınım koşullarında belirlenmesi amacıyla yavaş ısınma test standart gereksinimlerine göre küçük ölçekli bir ısıtma kabini tasarlanmıştır. Ateşleyicinin P1 patlayıcısı ile birlikte kullanıldığı konfigürasyon 5, 15 ve 25°C/saat ısıtma hızlarında patlayıcıların tek başına kullanıldığı (ateşleyici olmadan) konfigürasyonun 174.8-217.2°C arasındaki şiddetli tepkisinden önce 142.5-153.6 °C arasında kontrollü bir yanmaya sebep olmuştur. Ateşleyicinin, P1 (ağırlıkça %64 RDX) ve P2 (ağırlıkça %87 HMX) patlayıcılarının tutuşma (ing. cook-off) sıcaklığı artan ısıtma hızı (5'ten 25 °C/saate) ile yükselmiş, ancak P3 (ağırlıkça %45 HMX) ve P4 (ağırlıkça %20 RDX) patlayıcılarının tutuşma sıcaklığı artan ısıtma hızı (5'ten 25 °C/saate) ile azalmıştır. Farklı patlayıcı bileşimleri için gözlenen tutuşma sıcaklığı eğilimi patlayıcı bileşimlerinin ısıl bozunması sonucu oluşan ısı üretiminin ısı kaybına oranına bağlanmıştır. Bu oran daha fazla enerjik malzeme içeren bileşimlerde örneğin P1 (ağırlıkça %64 RDX) ve P2 (ağırlıkça %87 HMX) daha yüksektir. Küçük ölçekli test kalemleri için Ansys Fluent yazılımı ile gerçekleştirilen yavaş ısınma sayısal benzetimleri, deneysel sıcaklık ölçümleri ile hesaplanan sonuçlar karşılaştırılarak farklı ısıtma hızları için doğrulanmıştır. Literatürde önerilen 15°C/saat ısıtma hızı için deneyler ve benzetimler arasındaki en yüksek tutuşma sıcaklığı farkı ateşleyici, P1 ile P4 için %0,2, 0,4, 1.2 ve P3 ile P2 için %1,8-7,5 olarak hesaplanmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında büyük ölçekli yavaş ısınma testi tam ölçekli mühimmat ile bir ısıtma kabininde zorlamalı taşınım koşullarında gerçekleştirilmiştir. Isıtma kabinindeki ve tam ölçekli mühimmat çevresindeki akış da mühimmat içindeki ısı transferi ile birleştirilerek ANSYS Fluent yazılımıyla modellenmiştir. Tutuşma sıcaklığı tam ölçekli testte P1 patlayıcısı için 173,4°C olarak ölçülmüştür. Sayısal benzetimlerde sıcaklık profilinin ve tutuşma noktasının doğru hesaplanmasına ek olarak tutuşma sıcaklığı ve tutuşma zamanı da %2,7 ve %2,2 hata ile hesaplanmıştır. Mühimmatların yavaş ısınma tehdidine karşı tepkisinin bilgisayar modellemesi ile belirlemesi için geliştirilen yaklaşım mühimmat tasarım aşamasını kolaylaştırması ve TÜBİTAK SAGE ile yerli savunma sanayisindeki test riskleri ile test maliyetlerini büyük ölçüde azaltması beklenmektedir.