فهرست مطالب

فصلنامه مواد پر انرژی
سال پانزدهم شماره 3 (پیاپی 47، پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/09/20
  • تعداد عناوین: 6
|
  • منوچهر فتح اللهی*، فاطمه همتی خراسانلو، حبیبه لطف زاده، سید قربان حسینی صفحات 133-139

    مواد منفجره پودری نارسانا ازجمله HMX و PETN می توانند در انواع فرایندهای مرتبط در اثر اصطکاک بین ذرات پودری و سطوح دستگاه ها دارای بار ساکن شوند و در اثر تجمع بار ساکن دچار تخلیه آن و در نهایت منجر به حوادث ناخواسته گردند. یکی از روش های کاهش بار ساکن استفاده از افزودنی های رسانا است. در این تحقیق از افزودنی پارافین/ مایع یونی و پارافین/ لسیتین با روش دوغابی و مخلوط فیزیکی مرطوب استفاده شد. ابتدا نمونه مورد آزمایش مقاومت حجمی قرار گرفتند و  نمونه های دارای مقاومت حجمی مناسب، جهت بررسی و اندازه گیری میزان تولید و تجمع بار ساکن، تحت ریزش از چیدمان سطح شیب دار قرار گرفتند. برای بررسی کیفیت مخلوط نمونه ها از  FE-SEM و EDS استفاده گردید و برای بررسی پایداری نمونه ها از آزمون پایداری حرارتی خلاء استفاده شد. در این ارزیابی، کاهش بار ساکن در نمونه HMX و PETN با 6% پارافین و 3% لسیتین به ترتیب 67/56% و 66% و بهبود پایداری حرارتی 25/15% و 36/15% را در پی داشت. با افزودن مایع یونی به مخلوط پارافین و ماده منفجره HMX و PETN، میزان کاهش تولید و تجمع بار ساکن بسیار قابل توجه و به ترتیب در حدود 67/106% و 100% بود.

    کلیدواژگان: بار ساکن، HMX، PETN، پارافین، مایع یونی، پایداری حرارتی
  • الهام سعیدی، محمود زیارتی*، حسین دهقانی، ناهید خندان صفحات 141-150

    در این پژوهش، ریفرمینگ کاتالیستی سوخت کروسین به منظور تولید سوخت های پیشرانه جت با کاربرد نظامی بررسی شد. بدین منظور، ابتدا به بررسی نقش کاتالیست ها در فرآیند تولید سوخت پیشرانه جت پرداخته شد. در ادامه، به عنوان یک مطالعه موردی از دو کاتالیست نیکل بر پایه آلومینا و نیکل بر پایه زیولیت ZSM-5 در یک رآکتور بستر ثابت استفاده گردید. کاتالیست های مورد استفاده در این مطالعه تجربی با روش ته نشینی- هم رسوبی ساخته شدند و تحت آنالیزهای XRD، EDX، NH3-TPD و BET قرار گرفتند. نتایج آنالیز داده های مربوط به فاز مایع خروجی فرآیند نشان داد که استفاده از کاتالیست بر پایه زیولیت در مقایسه با پایه آلومینا، منجر به تولید محصولات باارزش تری می شود. دلیل این امر، میزان بالای ترکیبات نفتن سوخت حاصل از فرآیند کاتالیستی ریفرمینگ از 49/26 در خوراک به 28/46 درصد در حضور زیولیت ZSM-5 است. می توان چنین نتیجه گرفت که استفاده از کاتالیست دارای پایه زیولیتی قابلیت استفاده از کروسین را به عنوان خوراک فرآیند تولید سوخت های پیشرانه جت دارای ارزش حرارتی خالص بالاتر به طرز قابل توجهی افزایش می دهد.

    کلیدواژگان: کاتالیست، ریفرمینگ، سوخت پیشرانه جت، کروسین، زئولیت، رآکتور بستر ثابت
  • یحیی ابراهیم آبادی، مسعود مختاری*، محمد مهرشاد، مهدی عبدالهی صفحات 151-157

    علی رغم خواص منحصر به فرد رزین های اپوکسی، کاربرد آنها در بسیاری از موارد به دلیل مقاومت به ضربه پایین با محدودیت هایی مواجه است. یکی از موثرترین روش ها برای غلبه بر این محدودیت، استفاده از مواد چقرمه کننده مانند پلی بوتادین آکریلونیتریل با دو انتهای کربوکسیل (CTBN) در ماتریس اپوکسی است. در این مطالعه، واکنش پخت CTBN (94% وزنی) با 1، 2، 7، 8- دی اپوکسی اکتان (DEO)  (5% وزنی) در حضور دو نوع کاتالیزور آمینی 1،/1-ایزوفتالوییل بیس 2- متیل آزیریدین (752HX-) و تری اتانول آمین (TEA) بررسی شده است. به منظور بررسی عملکرد بایندر پیشنهادی، الاستومرهایی با فرمولاسیون های متفاوت تهیه و مورد آزمون های خواص مکانیکی و حراراتی قرار گرفتند. نتایج خواص مکانیکی و حرارتی الاستومر تولید شده در حضور TEA در مقایسه با 752HX- نشان داد که درصد ازدیاد طول (17/234 درصد)، چگالی شبکه ای شدن (78/111)، مدول ذخیره و دمای انتقال شیشه ای (°C9/43-) نمونه دارای TEA  افزایش یافته است. با توجه به بهبود خواص ایجاد شده در این پژوهش پیش بینی  می شود که بایندر ایجاد شده بتواند در فرمولاسیون پیشرانه های جامد مرکب و مواد منفجره PBX و همچنین پوشش های لاینر و عایق با عملکرد مناسبی استفاده شود.

    کلیدواژگان: عامل پیوندی، CTBN، DEO، واکنش پخت، خواص مکانیکی
  • احمد ملایی*، مهدی اشرفی، نواب فتحی صفحات 159-165

    پارامترهای مختلفی بر خواص ریولوژیکی و مکانیکی پیشرانه های جامد مرکب تاثیرگذار هستند که در این میان نسبت مولی گروه ایزوسیانات (NCO) به هیدروکسیل (OH) یا R از موارد مهم به شمار می رود. در این تحقیق اثرات تغییر نسبت وزنی عامل پخت دی مریل دی ایزوسیانات (DDI) به رزین پلی بوتادی ان با انتهای هیدروکسیل (HTPB) بر خواصی همچون ویسکوزیته پایان اختلاط، تغییرات ویسکوزیته نسبت به زمان، استحکام کششی، درصد ازدیاد طول، مدول الاستیک و سختی یک نمونه پیشرانه جامد مرکب بر پایه HTPB بررسی شده است. برای این منظور پنج فرمولاسیون پیشرانه با مقادیر مختلف R در محدوده ی 755/0 تا 815/0 تهیه شد. نتایج نشان داد که با افزایش R، ویسکوزیته پایان اختلاط ابتدا به دلیل اثر ترشوندگی فرمولاسیون ناشی از اضافه شدن DDI کاهش یافته و سپس به دلیل پیشرفت واکنش پخت افزایش می یابد. علاوه براین افزایش R موجب ارتقاء خواص مکانیکی شده است. این در حالی است که درصد ازدیاد طول، حدود 20 درصد کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: عامل پخت، دی مریل دی ایزوسیانات، پیشرانه، رئولوژی، خواص مکانیکی
  • سپیده رشدی*، رحمان مهدیانی، علیرضا مصطفوی، مرتضی رزاقی صفحات 167-177

    در این مقاله به شبیه سازی سه بعدی حرکت پرتابه با قطر 56/5  میلی متر در لوله با طول26/48 سانتیمتر پرداخته شده است. به منظور  حل معادلات حاکم بر جریان گاز، از معادلات حالت گاز ایده آل و معادله حالت آبل-نوبل استفاده شد. برای ارزیابی برهم کنش پرتابه - سیال از معادلات شش درجه آزادی  استفاده شد که به صورت کوپل شده با معادلات مومنتم، پیوستگی و انرژی حل شدند. به منظور کاهش زمان محاسباتی، موقعیت اولیه پرتابه  15 سانتیمتر جلوتر از ابتدای لوله درنظرگرفته شده و شرایط اولیه از نرم افزار Quickload به دست آمد و در نرم افزار  فلوینت قرار داده شد. در آزمایش تجربی، با دو صفحه حساس به نور  و سوزن چاشنی مجهز به الکتریسیته،  اندازه گیری سرعت دهانه و زمان خروج پرتابه از لوله میسر شد. خطای سرعت دهانه پرتابه برابر38/6و 76/0درصد و زمان ماند پرتابه دارای خطای 1/1 و21/ 0 درصد  به ترتیب برای گاز ایده آل و گاز آبل-نوبل بود. سرعت لحظه ای شبیه سازی شده پرتابه،  با نتایج نرم افزار Quickload مقایسه شد و توافق خوبی به دست آمد. نتایج شبیه سازی شامل کانتورهای دما، سرعت ، فشار در داخل و خارج لوله، حین حرکت پرتابه می باشند. منحنی های دما -زمان، فشار-زمان، جا به جایی -زمان و سرعت-زمان پرتابه با معادلات حالت گاز  ایده آل و گاز آبل نوبل گزارش شده و مقایسه شدند. همچنین، یکی دیگر از نتایج  مهم شبیه سازی،  محاسبه نیروی وارد بر قفل می باشدکه برابر 5431 نیوتن درمطالعه حاضر به دست آمد.

    کلیدواژگان: دینامیک مش، بالستیک میانی، بالستیک داخلی، گاز آبل- نوبل و نیروی قفل
  • محمود گرجی* صفحات 179-185

    شناسایی پارامترهای موثر بر تخریب سوخت مایع و پیش بینی زمان ماندگاری آن یک موضوع حایز اهمیت است. اکثر تحقیقات انجام شده در این زمینه محدود به سوخت های سنتزی می باشد. در این تحقیق، زمان ماندگاری سوخت هیدروکربنی و تاثیر جنس ظرف، جو گاز موجود در ظرف، و دمای ظرف بر میزان صمغ تولید شده در سوخت هیدروکربنی بررسی شد. نتایج بررسی نشان داد که هر دو جنس آلومینیوم و فولاد ضد زنگ برای مخازن نگهداری سوخت مناسب هستند. همچنین جو گاز نیتروژن نسبت به اکسیژن، به میزان حدود یک نهم میزان صمغ تولیدی را کاهش می دهد. بنابراین ظروف با جنس فولاد ضد زنگ و جو نیتروژن برای انجام آزمون های شتابدار پیش بینی زمان ماندگاری سوخت استفاده شدند. بر اساس مطالعات سینتیکی، واکنش تولید صمغ از مرتبه صفر بود و ثوابت سرعت واکنش و زمان ماندگاری سوخت در دماهای20،30 و °C40برای روش آرنیوس به ترتیب معادل 00254/0، 00616/0 و  mg /100 ml. day 0141/0 و  4/43، 9/17 و 8/7  ماه و برای روش برتلو به ترتیب معادل00299/0، 00639/0و  mg /100 ml. day 0136/0 و  6/36، 2/17 و 1/8 ماه  پیش بینی شد.

    کلیدواژگان: روش آرنیوس، سوخت هیدروکربنی، زمان ماندگاری، آزمون پیرسازی شتابدار
|
  • Manoochehr Fathollahi *, Fatemeh Hemmati Khorasanloo, Habibeh Lotfzadeh, Seyed Ghorban Hosseini Pages 133-139

    HMX and PETN explosives are the most important and usable explosives in the military and defense industries and possess wide range of applications for military as well as commercial applications. Numerous difficulties are encountered during the processing, conveying and storage of powders which are all attributed to their electrostatic charging. Indeed, charged powders could cause damage ranging from losses in quality and productivity to more severe accidents like explosions. In this study, paraffin / [H.mim][Cl] ionic liquid and paraffin/ lecithin were added to HMX and PETN explosives. Then they were studied by the powder volumetric resistivity test and electrostatic charging test setup. The accumulation of static charge was also measured. The samples were evaluated for further studies in the terms of mixing quality by FE-SEM and EDX analysis. In this work, the amount of reduction in static charge was considerably improved in the HMX and PETN samples, containing paraffin and lecithin was 56.67% and 66%, respectively and thermal stability was 25.15% and 36.15%, respectively. Adding ionic liquid with paraffin to HMX and PETN explosives, the amount of reduction in static charge was significant and was about 106.66% and 100%, respectively.

    Keywords: Electrostatic Charge, Paraffin, HMX, PETN, Ionic Liquid, Thermal Stability
  • E. Saidi, M. Ziarati*, S. H. Dehghani, T. N. Khandan Pages 141-150

    In this research, the catalytic reforming of kerosene fuel was performed in order to investigate the production of jet propellant fuels. For this purpose, at first the role of catalysts in the process of jet fuel production was surveyed. Then, two catalysts of Ni supported on Al2O3 and Ni supported on ZSM-5 was applied as a case study in a fixed bed reactor. The applied catalysts in this research were prepared by deposition-coprecipitation method and their properties were characterized through XRD, EDX, NH3-TPD, and BET analysis. The results of data analysis of liquid phase in the process output showed that applying zeolite catalyst led to production of some products with different properties such that some of these products meet the requirements of valuable products such as jet fuels. The reason was the increase in naphthene content of the produced fuel (from 26.49% in feed to 46.28% over Ni/ZSM-5 catalyst) via catalytic reforming of kerosene. This result leads us to conclude that applying zeolite catalysts considerably increases the ability of kerosene as a feed for reforming process to synthesize jet propellant fuels.

    Keywords: Catalyst, Jet Propellant Fuel, Reforming Process, Kerosene, Zeolite, Fixed-Bed Reactor
  • Y. Ebrahim Abadi, M. Mokhtary*, M. Mehrshad, M. Abdollahi Pages 151-157

    Despite the unique properties of epoxy resins, their use is limited in many cases due to their low impact resistance. One of the methods to overcome this limitation is to use compounds for increase Toughness such as carboxyl-terminated butadiene acrylonitrile (CTBN) (94% Wt.) in the epoxy matrix. In this study, the curing reaction of CTBN with 1,2,7,8 diepoxyoctane (DEO) (5% Wt.) in the presence of two types of amine 1, 1′-Isophthaloyl bis (2-methylaziridine) (HX-752) and triethanolamine (TEA) as catalyst is investigated. In order to evaluate the performance of the proposed binder, elastomers with different formulations were prepared and tested for mechanical and thermal properties. The results of mechanical and thermal properties of elastomers produced in the presence of TEA in comparison with HX-752 showed that the tensile property (234.2%), cross-linking density (111.8), storage modulus, and glass transition temperature (43.9°C) have increased. Due to the improvement of the properties, it is predicted that the produced binder can be used in the formulation of composite solid propellants and PBX explosives, as well as liner and insulation coatings with proper performance.

    Keywords: Bonding Agent, CTBN, DEO, Curing Reaction, Mechanical Properties
  • M. Ashrafi, A. Mollaei*, N. Fathi Pages 159-165

    Several parameters affect the rheological and mechanical properties of solid composite propellants. Among them, the molar ratio of isocyanate (NCO) to hydroxyl (OH) groups (i.e. R value) is one of the important factors. In this research, the effects of changing the weight ratio of dimeryl diisocyanate (DDI) curing agent related to hydroxyl terminated polybutadiene on different properties of a HTPB based solid composite propellant such as end of mix viscosity, time depending behavior of viscosity, tensile stress, elongation, elastic modulus and hardness is investigated. For this purpose, five propellant formulations were prepared with various R value in the range of 0.755 to 0.815. Results showed that as the R value increased, end of mix viscosity is reduced at the first due to the wetting effect resulting from DDI addition and then is increased because of progressing of curing process. Furthermore, the mechanical properties are enhanced by increasing the R value, whereas elongation at maximum stress is reduced about 20%.

    Keywords: Curing Agent, Dimeryl Diisocyanate, Propellant, Rheology, Mechanical Properties
  • S. Roshdi*, R. Mahdiani, A. Mostafavi, M. Razaghi Pages 167-177

    In the current research, 3D simulation of the projectile movement with a diameter of 5.56 mm, has been considered in the barrel with 48.26 cm length. The ideal gas and Abel-Nobel equations of state have been used to solve the gas phase equations. 6DOF solver has been applied to evaluate the projectile- fluid interaction and solved in the coupled manner with continuity, momentum, and energy equations. To reduce the computational time, the projectile initial position was considered 15cm farther from the breech and initial conditions have been obtained from Quickload software and introduced into Fluent. In the experimental study, two light screens and an electrically insulated firing pin have been used to measure the muzzle velocity and projectile exiting time. The relative deviations of the ideal gas and Abel-Nobel equations of state were almost 6.38, 0.76 percent in muzzle velocity, and 1.1, 0.21 percent in residence time computations respectively. The simulated transient velocity of the projectile was also compared with Quickload software results and the close agreement was achieved. Simulation results include temperature, velocity, and pressure contours inside and outside of the barrel during the projectile movement. Temperature-time, pressure-time, displacement-time, and velocity-time curves of projectile were reported using ideal and Abel-Nobel gas equations of states and compared. Also, one of the important results of the simulation was the computation of force exerted on breech which was obtained 5341 N in the present study.

    Keywords: Dynamic Mesh, Intermediate Ballistic, Internal Ballistic, Abel-Nobel Gas, Lock Force
  • M. Gorji* Pages 179-185

    Recognizing the effective parameters on liquid fuel degradation and its shelf life prediction is an important issue. Most of the researches done in this area are limited to synthetic fuels. In this work, the shelf life of hydrocarbon fuel and the effect of vessel material, blanketing gas and vessel temperature on the amount of generated gum in the fuel have been investigated. The results showed that both aluminum and stainless steel materials are suitable for storage vessel. Moreover, the amount of gum reduces to one-ninth by nitrogen rather than oxygen. Therefore, the stainless steel vessels with nitrogen blanketing gas have been utilized for accelerated ageing tests. According to kinetic studies, the reaction of gum generation was of zero order and the reaction rate constants and the shelf life of fuel at 20, 30 and 40 °C were predicted to be 0.00254, 0.00616 and 0.0141 mg/ 100 ml. day and 43.4, 17.9 and 7.8 months for Arrhenius approach and 0.00299, 0.00639 and 0.0136 mg/ 100 ml. day and 36.6, 17.2 and 8.1 months for Berthelot approach, respectively.

    Keywords: Arrhenius Approach, Hydrocarbon Fuel, Shelf Life, Accelerated Ageing Tests