On the Mechanism of Combustion Propagation in Porous Nanothermites

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The fast combustion process of nanosized porous Al + CuO mixtures placed in glass tubes is studied using a high-speed video recording. Mathematical processing of the high-velocity frame sequence obtained using neutral filters of different thicknesses made it possible to determine the nanothermite (NT) burning rate in different parts of the tube and experimentally estimate the sizes of the ignition and combustion zones of NT. To explain the mechanism of combustion propagation, a simple model based on Darcy’s law is proposed for the filtration of hot products through the macropores. Based on the results of the model experiments on the combustion of NT in glass-tubes filled by portions of the mixture separated by inert barriers (glass microspheres, air gaps), it was possible to develop a simple procedure to estimate the permeability of a nanosized mixture and pressure in the combustion zone.

About the authors

V. G. Kirilenko

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

Email: aldol@chph.ras.ru
Moscow, Russia

A. Yu. Dolgoborodov

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences; Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences; National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)

Email: aldol@chph.ras.ru
Moscow, Russia; Moscow, Russia; Moscow, Russia

M. A. Brazhnikov

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

Email: aldol@chph.ras.ru
Moscow, Russia

M. L. Kuskov

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

Author for correspondence.
Email: aldol@chph.ras.ru
Moscow, Russia

References

  1. Energetic nanomaterials: synthesis, characterization, and application / Eds. Zarko V.E., Gromov A.A. Amsterdam: Elsevier, 2016.
  2. Nano-Energetic Materials: Energy, Environment and Sustainability / Eds. Bhattacharya S., Agarwal A.K., Rajagopalan T., Patel V.K. Singapore: Springer Nature Singapore, 2019.
  3. Yetter R.A. // Proc. Combust. Inst. 2021. V. 38. № 1. P. 57; https://doi.org/10.1016/j.proci.2020.09.008
  4. Polis M., Stolarczyk A., Glosz K., Jarosz T. // Materials. 2022. V. 15. № 9. P. 3215; https://doi.org/10.3390/ma15093215
  5. Pantoya M., Granier J. // J. Therm. Anal. Calorim. 2006. V. 85. P. 37; https://doi.org/10.1007/s10973-005-7342-z
  6. Dolgoborodov A.Yu., Kirilenko V.G., Brazhnikov M.A. et al. // Def. Technol. 2022. V. 18. № 2. P. 194; https://doi.org/10.1016/j.dt.2021.01.006
  7. Кириленко В.Г., Гришин Л.И., Долгобородов А.Ю. и др. // Горение и взрыв. 2022. Т. 15. № 1. С. 82.
  8. Densmore J.M., Sullivan K.T., Gash A.E., Kuntz J.D. // Propellants Explos. Pyrotech. 2014. V. 39. № 3. P. 416; https://doi.org/10.1002/prep.201400024
  9. Wang Y., Dai J., Xu J., Shen Y. et al. // Vacuum. 2021. V. 184. P. 109878; https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109878
  10. Weismiller M.R., Malchi J.Y., Yetter R.A., Foley T.J. // Proc. Combust. Inst. 2009. V. 32. № 2. P. 1895; https://doi.org/10.1016/j.proci.2008.06.191
  11. Baijot V., Rouhani M., Rossi C., Esteve A. // Combust. and Flame. 2017. V. 180. P. 10; https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2017.02.031
  12. Egan G., Zachariah M. // Ibid. 2015. V. 162. P. 2959; https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2015.04.013
  13. Jacob R., Kline D., Zachariah M. // J. Appl. Phys. 2018. V. 123. P. 115902; https://doi.org/10.1063/1.5021890
  14. Sanders V., Asay B., Foley T. et al. // J. Propul. Power. 2007. V. 23. № 4. P. 707; https://doi.org/10.2514/1.26089
  15. Saceleanu F., Idir M., Chaumeix N., Wen J.Z. // Front. Chem. 2018. V. 6. P. 465; https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00465
  16. Jabraoui H., Esteve A., Schoenitz M. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022. V. 14. № 25. P. 29451; https://doi.org/10.1021/acsami.2c07069
  17. Sullivan K., Zachariah M.R. // J. Propul. Power. 2010. V. 26. № 3. P. 467; https://doi.org/10.2514/1.45834
  18. Ген М.Я., Петров Ю.И. // Успехи химии. 1969. Т. 38. № 12. С. 2249.
  19. Kuskov M.L., Zhigach A.N., Leipunskii I.O. et al. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019. V. 558. № 1. Article 012022; https://doi.org/10.1088/1757-899X/558/1/012022
  20. Streletskii A.N., Kolbanev I.V., Vorobieva G.A. et al. // J. Mater. Sci. 2018. V. 53. № 19. P. 13550; https://doi.org/10.1007/s10853-018-2412-3
  21. Стрелецкий А.Н., Колбанев И.В., Трошин К.Я. и др. // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 7. С. 79; https://doi.org/10.7868/S0207401X16070116
  22. Кириленко В.Г., Гришин Л.И., Долгобородов А.Ю., Бражников М.А. // Горение и взрыв. 2020. Т. 13. № 1. С. 145.
  23. Kaviany M. Principles of Heat Transfer in Porous Media. New York: Second Edition. Springer-Verlag, 1995; https://doi.org/10.1007/978-1-4612-4254-3
  24. Um K., Zhang X., Katsoulakis M., Plechas P., Tartakovsky D.M. // J. Appl. Phys. 2018. V. 123. № 7. Article 075103; https://doi.org/10.1063/1.5009691
  25. Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братковский А.М. и др. Физические величины: Справ. М.: Энергоатомиздат, 1991.
  26. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 6. Гидродинамика. М.: Физматлит, 2001.
  27. Fischer S.H., Grubelich M.C. // Proc. 24th Intern. Pyrotechnics Seminar: Sandia National Laboratories (SNL), Monterey, USA. 1998. V. 1176. P. 56.
  28. Кришеник П.М., Костин С.В., Озерковская Н.И., Шкадинский К.Г. // Хим. физика. 2019. Т. 38. № 2. С. 45; https://doi.org/10.1134/S0207401X19020092
  29. Кришеник П.М., Костин С.В., Рогачев С.А. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 73. https://doi.org/10.31857/S0207401X22030086

Supplementary files


Copyright (c) 2023 В.Г. Кириленко, А.Ю. Долгобородов, М.А. Бражников, М.Л. Кусков

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».