Study of explosive dispersal of solid particles and detonability of two-phase oxygen-aluminium particles mixtures
Etude des mécanismes de dispersion par choc et des régimes de combustion de nuages de particules d'aluminium.
Résumé
Explosive dispersal of solid particles and detonability of two-phase oxygen-aluminum particles mixtures have been investigated experimentally and numerically in order to get a better understanding of the mechanisms governing the explosion of reactive heterogeneous mixtures.Solid particles were dispersed by the free-field explosion of spherical charges made of a central booster of solid explosive surrounded by a loose-packed density shell of inert particles. Pressure gauges, a particles trap and a high frame rate camera were used to gather experimental data. Compaction and decompaction of the layer are followed by the formation of particle agglomerates, whereas some other particles are burst by the shock. The leading shock is delayed and the blast effect is strongly damped. Particles are spread into the cloud accordingly to their size. 1D numerical simulations agree in general with the experimental results.The detonability of two-phase oxygen-aluminum particles mixtures was studied by initiating an unconfined diverging detonation, during which the temporal pressure evolution and the cellular structure were recorded. The detonation wave formed at 1,6m. With an ignition charge of 200-250g C4, the maximal values of pressure and velocity recorded at a radial distance of 2,3m (corresponding to the border of the cloud) are consistent with the CJ values. The cellular structure was observed for the first time in this kind of mixture with a cell size of 10-15cm. The cell size calculated with a 2D cylindrical simulation (performed with the EFAE code) is slightly larger.
Pour une meilleure compréhension des mécanismes d’explosions de nuages réactifs hétérogènes, la dispersion de particules solides par choc ainsi que la détonabilité des mélanges diphasiques aluminium-oxygène ont été étudiés expérimentalement et numériquement.La dispersion des particules solides est réalisée par l’explosion en champ libre de charges sphériques composées d’un explosif solide central entouré par une couche de particules solides inertes. Les données expérimentales sont obtenues à l’aide de capteurs de pression, d’un piège à particules et d’une caméra rapide.La compaction puis la décompaction de la couche est suivie de la formation d’agglomérats, tandis que certaines particules sont brisées par le choc. Le choc frontal est retardé et l’effet de souffle nettement réduit. Les particules sont réparties dans le nuage en fonction de leur taille. Les simulations numériques 1D sont en accord raisonnable avec les résultats expérimentaux.La détonabilité de mélanges diphasiques oxygène-particules d’aluminium en suspension a été étudiée en initiant une détonation divergente non confinée, dont on enregistre l’évolution temporelle de la pression et la structure cellulaire. Lors d’un amorçage avec 200-250g d’explosif solide (C4), la détonation se forme à une distance 1,6m. Les caractéristiques maximales sont observées à une distance de 2,3m (limite du nuage expérimental) et sont en accord avec les caractéristiques théoriques CJ. La structure cellulaire a été mise en évidence pour la première fois dans ce type de mélange ; sa taille est 10-15cm. Les simulations numériques 2D cylindriques, effectuées avec le code EFAE, donnent une taille de cellule légèrement supérieure.
Origine : Version validée par le jury (STAR)