The effect of aluminum in its mixtures with ammonium nitrate on the ignition of burning and its transition to convective burning regime

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The ignition of normal layer-by-layer burning and its transition to convective burning regime in mixtures of ammonium nitrate with bulk density aluminum are studied. The experiments in a constant-volume bomb with pressure registration were carried out. The porosity of the samples was 0.55–0.59, the particle size of the ammonium nitrate was varied from 20–40 to 250–630 µm, and the aluminum content varied from 8 to 47 wt %. Aluminum of two grades was used: ASD4 and PAP2. It is shown that mixtures are capable to be ignited at the igniter pressure close to or above the critical (minimum) value. The values of the critical pressure of the igniter, the pressure and time at which burning and convective burning occurs for mixtures with different particle sizes of ammonium nitrate and aluminum and different concentrations are measured. The replacement of aluminum ASD4 with PAP2 leads to a significant (by an order of magnitude or even more) decrease in the values of critical pressure and pressures at which the burning and convective burning begins.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. E. Khrapovskiy

Semenov Federal Research Center of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: khrapovsky@mail.ru
Russian Federation, Moscow

V. G. Khudaverdiev

Semenov Federal Research Center of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences; Institute of Radiation Problem of the Ministry of Science and Education of the Republic of Azerbaijan

Email: khrapovsky@mail.ru
Russian Federation, Moscow; Baku, Azerbaijan

A. A. Sulimov

Semenov Federal Research Center of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: khrapovsky@mail.ru
Russian Federation, Moscow

P. V. Komissarov

Semenov Federal Research Center of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: khrapovsky@mail.ru
Russian Federation, Moscow

S. S. Basakina

Semenov Federal Research Center of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: khrapovsky@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Prugh R.W. // Process Safety Progress. 39 (4), 12210 (2020). https://doi.org/10.1002/prs.12210
  2. Wes Y. // Winston-Salem Journal. 2022. February. № 7. P. 1.
  3. Belyaev A.F., Bobolev V.K., Korotkov A.I. et al. // Transition of Combustion of Condensed Systems into an Explosion (Nauka, Moscow, 1973) [in Russian].
  4. Belyaev A.F. Goreniya, Detonation, Rabota Vzryva of Condensed Systems (Nauka, Moscow, 1968) [in Russian].
  5. Khrapovskii V.E. // Russ. J. Phys. Chem. B 17(2), 439 (2023). https://doi.org/10.31857/S0207401X23030068
  6. Khrapovskii V.E., Khudaverdiev V.G., Sulimov A. A. // Goren. Vzryv. 6 (1), 211 (2013).
  7. Ermolaev B.S., Sulimov A.A., Khrapovskii V.E. et al. Russ. J. Phys. Chem. B 5(4), 640 (2011). https://doi.org/10.7868/S0207401X16020047
  8. Ermolaev B.S., Khudaverdiev V.G., Belyaev A.A., Sulimov A.A., Khrapovskii V.E., Russ. J. Phys. Chem. B 10(1), 42 https://doi.org/10.7868/S0207401X16020047
  9. Ermolaev B.S., Khudaverdiev V.G., Belyaev A.A. et al. // Goren. Vzryv. 13 (2), 80 (2020). https://doi.org/10.30826/CE20130209
  10. Ermolaev B.S., Khudaverdiev V.G., Belyaev A.A. // Goren. Vzryv. 8 (2), 234 (2015). https://doi.org/10.7868/S0207401X16020047
  11. TU (Technical Conditions) 1791-007-49421776-2011: Aluminum Powder ASD-4 (2011).
  12. GOST (State Standard) 5494-95: Aluminum Powder (2006).
  13. Dulnev G.N., Zarichnyak Yu.P, Teploprovodnost of mixtures and composite materials. Reference book. (Energy, Leningrad, 1974) [in Russian].
  14. G. Golub. J. Spacecraft. 2 (4), 593 (1965). https://doi.org/10.2514/3.28234
  15. L.H. Caveny, R.L. Glick J. Spaceraft. 4 (1), 79 (1967). https://doi.org/10.2514/3.28813
  16. N.N. Bahman, I.N. Lobanov. Fiz. Goreniya Vzryva. 10 (1), 46 (1983).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Diagram of a manometric bomb: 1 – bomb walls, 2 – metal cup, 3 – composition under study, 4 – igniter, 5 – bomb lid, 6 – nichrome spiral, 7 – electrical inputs, 8 – pressure sensor.

Download (32KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Characteristic records of pressure changes over time in a manometric bomb during combustion of a mixture of 92 wt.% NH4NO3 + 8 wt.% ASD-4 at an igniter pressure close to the threshold – curve 1 (experiment No. 695), below the threshold – curve 2 (experiment No. 693); 3 – curve approximating the pressure drop from igniter combustion.

Download (14KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Pressure-time diagrams in a manometric bomb for mixtures of 92 wt.% AC + 8 wt.% ASD-4 with the following AC particle sizes: 1 – 20–40 µm (experiment No. 695); 2 – 250–630 µm (experiment No. 692).

Download (12KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Pressure–time records of a manometric bomb for mixtures of 47 wt.% ASD-4 + 53 wt.% AS with AS particle sizes equal to 20–40 µm (curve 1, experiment No. 669) and 250–630 µm (curve 2, experiment No. 690).

Download (13KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Change in the dependence of pressure on time during combustion of mixtures of 18 wt.% ASD-4 + 82 wt.% AC (curve 1, experiment No. 661) and 18 wt.% PAP-2 + 82 wt.% AC (curve 2, experiment No. 711).

Download (11KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Records of pressure time in a manometric bomb during combustion of mixtures containing 18 wt.% PAP-2 + 82 wt.% AS (curve 1, experiment No. 711) and 47 wt.% ASD4 + 53 wt.% AS (curve 2, experiment No. 669). The size of the AS particles is 20–40 µm.

Download (12KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Change in the threshold pressure of the igniter from the ratio of the surface area of ​​aluminum particles to the surface area of ​​ammonium nitrate granules in a unit volume of the mixture (Sv Al/Sv AC) for samples with dAC = 20–40 μm (curve 1) and 250–630 μm (curve 2).

Download (11KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».