Ignition of a Reactive Solid Exposed to a Step in Surface Temperature

Liñán, A.; Williams, F. A.

doi:10.1137/0136042

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“…For large values of 5 ignition takes place, without significant change in the hot-spot temperature, at a time 77 = I/x5, first given by Zel'dovich (1963). This time is modified substantially when higher order terms are retained in an asymptotic expansion for large RT¡/E, as shown by Liñán and Williams (1979).…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Ignition of a Reactive Solid by an Inert Hot Spot

Martínez¹,

Gómez²

1981

Combustion in Reactive Systems

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case, however, there is a finite amount of energy supplied to the wire and, therefore, ignition will occur or not occur depending on the thermal properties of the materials, amount of energy supplied, wire diameter, and chemical parameters of the condensed phase reaction.A numerical analysis of this problem has been carried out by Goldshleger et al. (1973). An asymptotic analysis for large activation energies was carried out by Berman and Ryazantsev (1976) for the case when the conductivity of the inert body is large enough, so that its temperature can be considered a function of time only, and the density ratio is of order unity, so that when ignition occurs under supercritical conditions only a thin layer has been heated in the reactive material. We consider more general cases including the case when the ratio of thermal diffusivities of the inert and reactive material is not large; our analysis leads to closed-form relations giving the critical hot-spot size, or critical ignition energy, in terms of the physicochemical parameters of the materials.Gap compression has been proposed by Randolph and Simpson (1973) and Randolph (1975), for example, as a mechanism responsible for the accidental ignition of high explosive charges. Accidental ignition occurs, for instance, when an explosive-filled shell explodes prematurely when accelerated during firing or when an encased high explosive charge is subjected to relatively small impacts, e.g., when dropped a few feet. Presumably, in both of these examples ignition was produced by compression heating of gas in voids or cracks due to defective explosive loading. Randolph (1975) considers different pressure rise curves and integrates numerically the equations describing the process. The problem considered in the present work models ignition by gas compression with a step-like pressure rise occurring in a time short compared with the characteristic thermal response time in the reactive solid. II. FormulationWe consider a cylindrical or spherical inert spot of radius a whose temperature T is instantaneously raised at time zero to a value T, higher than the value T 0 of the reactive material. A distributed exothermic reaction of the Arrhenius type takes place in the reactive solid. The energy conservation equation can be written asassuming constant values for the density p, the specific heat c, and heat conductivity k, although not necessarily equal for the inert material, where we shall use the subscript /, and for the reactive medium, subscript 0. In Eq.(1), n = 1 for cylindrical spots and n = 2 for spherical spots. E is the activation energy, and A the pre-exponential factor of the reaction; A =0 in the inert material r

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Martínez¹,

Gómez²

1981

Combustion in Reactive Systems

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“…La ignición producida por el aumento de la temperatura superficial hasta un valor constante en un sólido semiinfinito ha sido también analizada mediante técnicas asintóticas por Liñán y Williams [LW3]. Como en [LW1] es posible identificar una zona de reacción superficial y una región inerte.…”

Section: Supongamosunclassified

“…Esto es consecuencia de que el espesor de la zona de reacción, £ r , es mucho menor que la longitud típica del sólido, £. Si el período de tiempo en el que se desarrolla la ignición es pequeño la capa calentada por conducción desde la pared es delgada, y el sólido, visto desde la escala asociada a esta capa de conducción, aparece como infinito de manera que la solución correspondiente al sólido semiinfinito desarrollada en [LW3] (lo que constituye un problema universal) puede, en primera aproximación, aplicarse para determinar el tiempo de ignición y la distribución de temperatura.…”

Section: Efectos Geométricos En La Teoría De Igniciónunclassified

“…En el análisis de [LW3] está implícita la hipótesis de que la superficie del sólido es plana. Cuando el sólido es finito aquélla no siempre se verificará, de manera que si se pretende aplicar los resultados de [LW3] éstos deberán ser corregidos para tener en cuenta el efecto de la curvatura de la superficie del sólido. Evidentemente la magnitud de esta corrección depende de la curvatura en cada punto medida en la escala de la zona de reacción, que es la escala característica del problema cuando D a ^$> 1, y tiene carácter local.…”

Section: Efectos Geométricos En La Teoría De Igniciónunclassified

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Efectos geométricos en la ignición de sólidos

Espí¹

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La ignición puede ser considerada como el proceso capaz de poner en marcha el mecanismo mediante el cual un material susceptible de reaccionar de manera exotérmica libera su energía química latente en forma de calor. Esta lijberación de energía se realiza inicialmente en una pequeña región del espacio ocupado por el material reactivo, generando posteriormente una onda de combustión (deflagración o detonación) que se propaga a través del mismo.El estudio de este proceso es de gran interés práctico desde varios puntos de vista que abarcan desde la prevención de explosiones incontroladas en el transporte y almacenamiento de combustibles, hasta la necesidad de iniciar la combustión de forma controlada en motores, hornos, quemadores, etc.Los métodos para lograr la ignición son muy diversos: contacto del combustible con un cuerpo caliente, o con un alambre calentado eléctricamente, o con gases inertes calientes; hacer incidir una radiación de suficiente potencia; aplicar una pequeña llama piloto; producir una descarga eléctrica (chispa) en el seno del combustible; etc. Todos los métodos citados actúan de una forma común: aumentan la temperatura localmente y aprovechando la fuerte dependencia de la velocidad de reacción con la temperatura cambian aquélla en varios órdenes de magnitud-iniciándose la combustión que después se propaga a todo el volumen. * Uno de los métodos más sencillos, al menos desde el punto de vista teórico, para provocar la ignición de un sistema reactivo es aumentar en un tiempo corto comparado con el de conducción la temperatura ambiente del medio en que se encuentra y,

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Cook‐off studies of propellants and explosives

Erneux

Arijs

Meŷsmans

1983

Propellants Explo Pyrotec

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Untersuchungen fiber das Cook-off Problem bei Treib-und Sprengstoffen Eine theoretische und eine praktische Studie zum Cook-off Problem wird vorgestellt. Die kritische Temperatur der thermischen Explosion ist untersucht worden als eine Funktion der Anfangsmasse des Treibstoffs. Eine gute Ubereinstimmung nvischen Theorie und Versuch wurde gefunden. Une ttude du problhe cook-off des propergob et des explosifs Une Ctude thborique et experimentale du probltme cook-off est proposbe. La temperature critique pour l'explosion thermique est analysee comme une fonction de la masse initiale de propergol. Un bon accord est observe entre la thtorie et les experiences. SummaryA theoretical and an experimental study of the cook-off problem is proposed. The critical temperature for thermal explosion is analyzed as a function of the initial mass of propellant. A good agreement is found between theory and experiments.

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