Analytical Science and Technology (분석과학)

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Comparative analysis of detonation velocity in determining product composition for high energetic molecules using stoichiometric rules

화학 양론적 규칙으로 고에너지 물질의 폭발 생성물 조성 결정에 따른 폭발속도 비교분석

  • Received : 2017.11.02
  • Accepted : 2017.11.22
  • Published : 2017.12.25
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Abstract

High energetic materials (HEMs) have been used in fuels, civil engineering and architecture as well as military purposes such as explosives and propellants. The essential process for the development of new energetic compounds is to accurately calculate its detonation performances. The most typical equation for calculating the explosive performance is the Kamlet-Jacobs (K-J) equation. In the K-J equation, the parameter such as the number of moles of gaseous products at the explosion, the average molar mass of gas products, and the explosion heat greatly affect the explosion performance. These depend on the product composition for the detonation reaction. In this study, detonation products of 65 high energetic molecules (HEMs) were calculated from the various rules such as Kamlet-Jacobs, Kistiakowsky-Wilson, modified Kistiakowsky-Wilson, Springall-Roberts rules to calculate more accurate detonation velocity (Dv). In addition, they were applied to five kinds of detonation velocity equations proposed by K-J, Rothstein, Xiong, Stine and Keshavarz. The mean absolute error and root mean square error of HEMs were obtained from experimental and calculated velocity value for each method. The K-J and Xiong equation that is slightly complex showed a lower mean absolute error than the simple Rothstein and Keshavarz equation. When the mod-KW rule was applied to the Xiong equation, the detonation velocities were the most accurate. This study compared the various method of calculating the detonation velocity of HEMs to obtain accurate HEMs performance.

고 에너지 물질은 폭약이나 로켓의 추진체와 같은 군사적 목적뿐만 아니라 연료, 토목 및 건축 등의 민간 분야에도 사용되고 있다. 새로운 고에너지 물질의 개발을 위해 필수적인 단계는 물질의 폭발성능을 정확하게 계산하는 것이다. 여러 수식들 중에서 폭발 성능을 계산하는데 가장 대표적인 수식은 Kamlet-Jacobs (K-J) 식 이다. K-J 식에서는 폭발 시 기체 생성물의 몰수와 이들 기체의 평균 분자량, 그리고 폭발열 과 같은 인자가 폭발 성능에 크게 영향을 미치고, 이것들은 폭발반응에서 생성된 생성물 조성에 좌우되게 된다. 본 연구에서는 4가지 화학 양론적 규칙(Kamlet-Jacobs, Kistiakowsky-Wilson, modified Kistiakowsky-Wilson, Springall-Roberts 규칙)을 통해 65종 고에너지물질의 폭발 생성물 조성을 계산하였고, 이를 K-J, Rothstein, Xiong, Stine, Keshavarz등이 제안한 폭발속도식에 적용하였다. 각 계산된 방법별로 실험값에 대한 평균절대오차와 평균제곱근오차를 얻었다. 다소 복잡한 K-J와 Xiong식은 간단한 Keshavarz 식과 Rothstein식보다 더 낮은 평균절대오차를 나타내었다. 또한 mod-KW규칙으로 생성물을 계산하여 Xiong의 식에 적용하였을 때, 폭발속도들이 가장 정확했다. 이 연구는 고에너지물질의 정확한 성능을 얻기 위하여 폭발속도를 계산하는 다양한 방법을 비교하였다.

Keywords

References

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