등전환법과 DSC를 이용한 고에너지 물질의 반응속도식 추출과 수치적 실험에의 적용

김유천(Yoocheon Kim),박정수(Jungsoo Park),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

DSC 실험 데이터를 이용하여 고에너지 물질의 반응속도식을 추출해내는 이론적 방법을 제안하고 알루미늄 고함유 화약 (RDX/HTPB/Al)에 대한 반응속도식 추출을 수행하였다. DSC 실험 결과는 Friedman 등전환법으로 분석되며 AKTS software를사용하였다. 질량분율에따른 활성화에너지와 빈도인자를 추출해 내어 반응속도식을 완성하였다. 추출된 반응속도식은 고에너지 물질의 화학반응과정을 몇단계의 주요단계로 가정하는 형태가 아닌 전체 화학반응 과정을 나타내는 형태를 갖는다. 이는 기존의 ODTX 실험을 통해 추출되는 화학반응속도식 형태에 비해 이론적 측면과 정확성 측면에서 상당한 장점을 갖는다. 추출된 반응속도식의 검증을 위해 화학반응률 그리고 생성물 질량분율에 대해 DSC 실험과 동일한 조건하에서 전산모사를 수행하였다. 또한 완속가열 전산모사를 수행하였으며 실험결과와 비교하여 DSC 반응속도식의 전산모사에의 적용가능성을 확인하였다. The kinetic analysis of energetic materials using Differential Scanning Calorimetry (DSC) is proposed. Friedman Isoconversional method is applied to DSC experiment data and AKTS software is used for analysis. The frequency factor and activation energy are extracted as a function of product mass fraction. The extracted kinetic scheme does not assume multiple chemical steps to describe the response of energetic materials; instead, multiple set of Arrhenius factors are used in describing a single global step. The proposed kinetic scheme has considerable advantage over the standard method based on One-Dimenaionl Time to Explosion (ODTX).

열량측정법을 이용한 고에너지 물질의 반응특성 연구

김유천(Yoocheon Kim),박정수(Jungsu Park),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

Differential Scanning Calorimetry(DSC) 실험 데이터를 이용하여 고에너지 물질의 반응속도식을 추출해내는 이론적 방법을 제안하고 HMX 기반 화약에 대한 반응속도식 추출을 수행하였다. DSC 실험 결과는 Friedman 등전환법으로 분석되었다. 질량분율에 따른 활성화에너지와 빈도인자를 추출해 내어 반응속도식을 완성하였다. 추출된 반응속도식은 고에너지 물질의 화학반응과정을 몇 단계의 주요단계로 가정하는 형태가 아닌 전체 화학반응 과정을 나타내는 형태를 갖는다. 이는 기존의 ODTX 실험을 통해 추출되는 화학반응속도식 형태에 비해 이론적 측면과 정확성 측면에서 상당한 장점을 갖는다. The kinetic analysis of a heavily aluminized cyclotrimethylene-trinitramine(RDX) is conducted using differential scanning calorimetry(DSC), and the Friedman isoconversional method is applied to the DSC experimental data. The pre-exponential factor and activation energy are extracted as a function of the product mass fraction. The extracted kinetic scheme does not assume multiple chemical steps to describe the complex response of energetic materials; instead, a set of multiple Arrhenius factors is constructed based on the local progress of the exothermic reaction. The resulting reaction kinetic scheme is applied to two thermal decomposition tests for validating the reactive flow response of a heavily aluminized RDX. The results support applicability of the present model to practical thermal explosion systems.

전략적 화약 3종의 정밀 화학반응속도식 개발

김유천(Yoocheon Kim),박정수(Jungsu Park),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.11

등온 DSC를 이용한 고에너지 물질의 정밀 반응 모델 기법 개발

김유천(Yoocheon Kim),박정수(Jungsu Park),권국태(Kuktae Kwon),여재익(Jai-ick Yoh) 한국연소학회 2015 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2015 No.12

The kinetic analysis of energetic materials using Differential Scanning Calorimetry (DSC) is proposed. Friedman Isoconversional method is applied to DSC experiment data and AKTS software is used for analysis. The frequency factor and activation energy are extracted as a function of product mass fraction. The extracted kinetic scheme does not assume multiple chemical steps to describe the response of energetic materials; instead, multiple set of Arrhenius factors are used in describing a single global step. The proposed kinetic scheme has considerable advantage over the standard method based on One-Dimenaionl Time to Explosion (ODTX). Reaction rate and product mass fraction simulation are conducted to validate extracted kinetic scheme. Also a slow cook-off simulation is implemented for validating the applicability of the extracted kinetics scheme to a practical thermal experiment.

등전환법과 등온 DSC를 이용한 고에너지 물질의 정밀 반응모델 개발

김유천(Yoocheon Kim),박정수(Jungsu Park),권국태(Kuktae Kwon),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회지 Vol.20 No.2

The kinetic analysis of a heavily aluminized cyclotrimethylene-trinitramine(RDX) is conducted using differential scanning calorimetry(DSC), and the Friedman isoconversional method is applied to the DSC experimental data. The pre-exponential factor and activation energy are extracted as a function of the product mass fraction. The extracted kinetic scheme does not assume multiple chemical steps to describe the complex response of energetic materials; instead, a set of multiple Arrhenius factors is constructed based on the local progress of the exothermic reaction. The resulting reaction kinetic scheme is applied to two thermal decomposition tests for validating the reactive flow response of a heavily aluminized RDX. The results support applicability of the present model to practical thermal explosion systems.

DSC를 이용한 고에너지 물질의 반응속도식 추출과 활용

김유천(Yoocheon Kim),박정수(Jungsoo Park),권국태(Kuktae Kwon),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

DSC 실험 데이터를 이용하여 고에너지 물질의 반응속도식을 추출해내는 이론적 방법을 제안하고 알루미늄 고함유 화약 (RDX/HTPB/Al)에 대한 반응속도식 추출을 수행하였다. DSC 실험 결과는 Friedman 등전환법으로 분석되며 AKTS software를사용하였다. 질량분율에따른 활성화에너지와 빈도인자를 추출해 내어 반응속도식을 완성하였다. 추출된 반응속도식은 고에너지 물질의 화학반응과정을 몇 단계의 주요단계로 가정하는 형태가 아닌 전체 화학반응 과정을 나타내는 형태를 갖는다. 이는 기존의 ODTX 실험을 통해 추출되는 화학반응속도식 형태에 비해 이론적 측면과 정확성 측면에서 상당한 장점을 갖는다. 추출된 반응속도식의 검증을 위해 화학반응률 그리고 생성물 질량분율에 대해 DSC 실험과 동일한 조건하에서 전산모사를 수행하였다. 또한 붕소 질산칼륨 (B/KNO3)에 대한 완속가열 전산모사를 수행하였으며 실험결과와 비교하여 DSC 반응속도식의 전산모사에의 적용가능성을 확인하였다. The kinetic analysis of energetic materials using Differential Scanning Calorimetry (DSC) is proposed. Friedman Isoconversional method is applied to DSC experiment data and AKTS software is used for analysis. The frequency factor and activation energy are extracted as a function of product mass fraction. The extracted kinetic scheme does not assume multiple chemical steps to describe the response of energetic materials; instead, multiple set of Arrhenius factors are used in describing a single global step. The proposed kinetic scheme has considerable advantage over the standard method based on One-Dimenaionl Time to Explosion (ODTX).

등전환 방법을 이용한 고에너지 물질의 노화 효과 예측

김유천(Yoocheon Kim),여재익(Jai-ick Yoh) 한국연소학회 2019 한국연소학회지 Vol.24 No.1

The decomposition process of typical energetic material (EM) may consist of thousands of individual reactions as well as many intermediate species. However, one-step decomposition kinetics is routinely utilized for prediction of the shelf life of EMs. The inclusion of detailed multi-step chemistry in the kinetic mechanism can improve the reliability of the lifetime prediction. This study proposes a novel procedure for lifetime prediction of EMs, which adopts isoconversional kinetics to represent the decomposition reaction scheme. The pertinent EMs considered in the study include 97.5% cyclotrimethylene-trnitramine (RDX), 95% cyclotetramethylene-tetranitramine (HMX), and boron potassium nitrate (BPN). Differential Scanning Calorimetry (DSC) was utilized for extracting the said isoconversional kinetics complemented by experimental validation of the proposed chemical kinetics through a comparison of the numerical lifetime predictions with accelerated aging experiment measurements.

멀티스케일 시뮬레이션을 이용한 온도 기반 핫스팟 점화 및 충격파-데토네이션 천이현상 해석

김유천(Yoocheon Kim),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.5

마이크로 스케일 SPH (Smoothed Particle Hydrodynamic) 시뮬레이션을 사용하여 핫 스폿 내의 피크 온도를 먼저 계산하였습니다. 마이크로 스케일 수준에서 얻은 최고 온도 데이터를 사용하여 SDT의 하이드로코드 시뮬레이션을 수행하기 전에 핫스팟 발생영역을 설정하였습니다.. 시뮬레이션 검증을 위해 반경 18mm의 레이트 스틱테스트를 수행하였습니다. 비교에 따르면 폭발물의 폭발 물성치가 잘 특성화되었으며, 유체 역학적 시뮬레이션으로 마이크로 스케일 핫 스폿 모델이 고려되지 않으면 SDT현상은 진행되지 않음을 확인하였습니다. The micro-scale Smoothed Particle Hydrodynamic (SPH) simulation is adopted to first identify the peak temperatures within the hot spots. These peak temperatures obtained from microscale level are then used to initialize the random sites of heat release prior to carrying out the full scale hydrodynamic simulation of shock-to-detonation transition (SDT). For validation of the simulation, a rate stick of 18-mm in radius is experimentally tested. The comparison showed that detonation properties of the explosive are well characterized, and further no-go was witnessed if no microscale hot spot model is considered into the hydrodynamic simulation. Thus, the SDT process can be well described by the present model based on the multi-scale hot spot initiation.

다양한 조성의 복합화약의 등전환 반응속도식 추출과 비교

김유천(Yoocheon Kim),박정수(Jungsu Park),여재익(Jai-ick Yoh) 한국항공우주학회 2017 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2017 No.11

DSC를 이용한 고에너지 물질의 반응속도식 추출과 활용

김유천(Yoocheon Kim),박정수(Jungsoo Park),양승호(Seungho Yang),박홍래(Honglae Park),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회지 Vol.19 No.1

The kinetic analysis of energetic materials using Differential Scanning Calorimetry (DSC) is proposed. Friedman Isoconversional method is applied to DSC experiment data and AKTS software is used for analysis. The proposed kinetic scheme has considerable advantage over the standard method based on One-Dimenaionl Time to Explosion (ODTX). Reaction rate and product mass fraction simulation are conducted to validate extracted kinetic scheme. Also a slow cook-off simulation is implemented on B/KNO₃ for validating the applicability of the extracted kinetics scheme to a practical thermal experiment.