Thermodynamic characterization of gas-aluminium deflagration products
Caractérisation thermodynamique des produits issus de déflagrations de mélanges gaz-aluminium
Résumé
The thermochemical models used today are capable of restituting experimental data of the states of stationary detonations and explosions in closed volume for CxHyOzNtAlu compositions, with a deviation from experiment of a few percent. The validation work has not yet been carried out on explosives containing aluminum particles, which oxidize in the detonation products. The thesis project is part of the development of the thermochemistry code SIAME (Aero-Thermochemical Simulation of Explosive Mechanics), for the benefit of the French General Directorate of Armaments. The objective is to study the thermochemical states of the alumina produced during the deflagration of gas-aluminium particles mixtures, in order to compare them with SIAME. It is then necessary to determine the temperature, pressure and volume fraction of alumina produced by combustion of aluminum particles for different mixtures. The different thermodynamic properties are determined by spectroscopy and by the measurements of a piezoelectric sensor. The work was focused on the improvement of an experimental setup developed at the Laboratory of Energetics, Mechanics and Electromagnetism (Paris Nanterre University), in order to conduct measurements during a deflagration. The analysis provided a better understanding of the physical phenomena involved during the deflagration and during the cooling phase, which is necessary to correctly evaluate the measured radiations for the study of alumina. After a study of the possible spectral zones to characterize alumina, an experimental campaign was conducted. The results are evaluated to determine the state of alumina from the measured radiation, by using an inversion model.
Les modèles thermochimiques utilisés aujourd'hui permettent de restituer des données expérimentales des états de détonation stationnaire et d'explosion en volume clos d'explosifs de composition CxHyOzNt avec un écart à l'expérience de quelques pourcents. Le travail de validation n'a pas encore été mené sur des explosifs contenant des particules d'aluminium, qui s'oxydent dans la détente des produits de détonation. Le projet de thèse s'inscrit dans le cadre du développement du logiciel de thermochimie SIAME (Simulation Aéro-thermochimique de la Mécanique des Explosifs), au profit de la Direction Générale de l'Armement. L’objectif est d’étudier les états thermochimiques de l’alumine produit lors de la déflagration de compositions gazeuses contenant des particules d’aluminium, afin de les comparer avec SIAME. Il est alors nécessaire de déterminer la température, la pression et la fraction volumique de l'alumine produit par combustion des particules d'aluminium. Les propriétés thermodynamiques sont déterminées par spectroscopie et par les mesures d’un capteur piézoélectrique. Le travail a été orienté sur l’amélioration d’un banc expérimental au Laboratoire Energétique, Mécanique et Electromagnétisme (Université Paris Nanterre), pour effectuer des mesures lors d'une déflagration. Les analyses ont permis d’approfondir la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu pendant la déflagration et au cours du refroidissement, ce qui est nécessaire pour exploiter correctement les rayonnements mesurés pour l’étude de l’alumine. Après une étude des zones spectrale possibles pour caractériser l’alumine, une campagne expérimentale a été menée. Les résultats sont évalués pour déterminer l’état de l’alumine à partir du rayonnement mesuré, par l’utilisation d’un modèle d’inversion.
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