Poboljšani model neidealne detonacije gospodarskih eksploziva

Detonacijska svojstva većine brizantnih vojnih eksploziva mogu se pouzdano predvidjeti primjenom Chapman-Jouguet i Zeldovich-von Neumann-Doering-ove hidrodinamičke teorije detonacije. Međutim, ponašanje gospodarskih eksploziva uvelike odstupa od spomenutih teorija. Naime, zbog znatno dužeg vremena trajanja reakcija kod ovih eksploziva, zona kemijskih reakcija je šira a radijalna ekspanzija produkata je značajna. Rezultat toga je znatno manja vrijednost detonacijske brzine u odnosu na teorijski izračunatu, te izražena ovisnost detonacijskih parametara o promjeru naboja i prisustvu i karakteristikama obloge naboja. Takav oblik detonacije (tzv. „neidealna detonacija“) je složen interdisciplinarni problem koji se opisuje Euler-ovim jednadžbama toka, nadopunjenim jednadžbama za brzinu kemijskih reakcija, te jednadžbama stanja produkata i neizreagiranog eksploziva. Predloženo je nekoliko modela neidealne detonacije, no zbog složenosti problema još uvijek ne postoji dovoljno točan i općeprihvaćeni model primjenjiv na gospodarske eksplozive.

Cilj je ovog istraživanja razviti poboljšani model neidealne detonacije koji se temelji na Wood i Kirkwood-ovoj teoriji blago divergentnog toka, sparenoj s termokemijskim računalnim kodom. Glavni istraživački zadaci su: a) prikupiti dovoljan broj eksperimentalnih podataka o detonacijskim svojstvima gospodarskih eksploziva i parametrima koji utječu na detonacijska svojstva, b) razviti poboljšani model brzine reakcija te c) razviti model za opisivanje utjecaja obloge naboja na detonacijska svojstva. Istraživanja će doprinijeti boljem razumijevanju fenomena neidealne detonacije, poglavito razumijevanju procesa u zoni kemijskih reakcija, te utjecaju pojedinih parametara na detonacijska svojstva. Osim toga razvit će se računalni alati koji će omogućiti pouzdanije predviđanje radne sposobnosti gospodarskih eksploziva i doprinijeti razumijevanju interakcije eksploziv/stijena, te pomoći pri izboru eksploziva za zadane geotehničke uvjete.

Voditelj projekta Prof.dr.sc. Muhamed Sućeska, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Sveučilište u Zagrebu

CROSBI: https://www.bib.irb.hr/pregled/znanstvenici/186903
Google Scholar: https://scholar.google.com/citations?user=ERl7660AAAAJ&hl=en

Izv.Prof. dr.sc. Mario Dobrilović, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Sveučilište u Zagrebu

CROSBI: https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=235290
Google Scholar: https://scholar.google.com/citations?user=b8SMEr0AAAAJ&hl=en&oi=ao

Doc.dr.sc. Vječislav Bohanek, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Sveučilište u Zagrebu

CROSBI: https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=285883
Google Scholar: https://scholar.google.com/citations?user=5sgGHikAAAAJ&hl=en&oi=ao

Doc.dr.sc. Vinko Škrlec, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Sveučilište u Zagrebu

CROSBI: https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=313755
Google Scholar: https://scholar.google.com/citations?user=biu9SMQAAAAJ&hl=en&oi=ao

Stručni suradnik dr. sc. Siniša Stanković, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Sveučilište u Zagrebu

CROSBI: https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=356325

Asistentica Barbara Štimac, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Sveučilište u Zagrebu

CROSBI:https://www.bib.irb.hr/
Google Scholar: https://scholar.google.com/citations?user=0Qp51YUAAAAJ&hl=en&oi=ao

Poslijedoktorandica dr.sc. Ivana Dobrilović, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Sveučilište u Zagrebu

CROSBI: https://www.bib.irb.hr/profile/38859

Profesor Martin Braithwaite, Cambridge University, Cambridge, UK

Web: https://www.lsc.phy.cam.ac.uk/directory/braithwaite

Profesor Thomas Klapotke, Ludwig-Maximillian University, Munich, Gewrmany

Web: https://www.hedm.cup.uni-muenchen.de/personen/professors/klapoetke/index.html

Dr Miloslav Krupka, OZM Research, Pardubice, Czech Republic

Web: http://www.ozm.cz/en/ozm-team/

Dr Chan Hay Yee, Serene, Nanyang Technological University, Singapore

Web: https://enri.ntu.edu.sg/Research/ResearchStaff/Pages/Home.aspx

Radovi na konferencijam

1. Stimac, V. Bohanek, M. Dobrilović, M. Suceska, Prediction of Gurney velocity based on EXPLO5 code calculation results, Proceedings of the 23rd Seminar on New Trends in Researchof Energetic Materials (NTREM), University of Pardubice, Faculty of Chemical Technology Institute of Energetic Materials, Pardubice, April 1–3, 2020, p.705-716.
2. Stanković, A. Pintera, V. Bohanek, V. Škrlec, Control measurements of seismic effects of blasting with ANFO explosive, Proc. Of the 6th International E-Conference on Advances in Engineering, Technology and Management - ICETM 2021, pp.14-21
3. Štimac Tumara, M. Sućeska, Calibration of pressure-based reaction rate law used for numerical modelling of non-ideal ANFO explosives, 27th Croatian Meeting of Chemist and Chemical Engineers HSKIKI, 2021 (Book of Abstracts)
4. Bohanek, M. Dobrilović, B. Štimac Tumara, P. Hartlieb, Bartul Marunić, Influence of charge diameter and thickness of confinement on detonation velocity of ANFO explosives, New Trends in Research of Energetic Materials, Czech Republic, 2022
5. Štimac Tumara, M. Sućeska, S. Stanković, V. Škrlec, Prediction of ANFO’s charge diameter effect on detonation parameters using hydrodynamic and thermochemical codes, New Trends in Research of Energetic Materials, Czech Republic, 2022
6. Škrlec, M. Dobrilović, V. Bohanek, I. Dobrilović, Blasting properties of low-density emulsion based mixtures, Proceedings of the 24th Seminar on New Trends in Researchof Energetic Materials (NTREM), University of Pardubice, Faculty of Chemical Technology Institute of Energetic Materials, Pardubice, April 19-21, 2023.
7. Stankovic, B. Stimac Tumara, I. Dobrilovic, M. Suceska, Evaluation of input parameters for the non-ideal detonation model of emulsion explosives, Proceedings of the 24th Seminar on New Trends in Researchof Energetic Materials (NTREM), University of Pardubice, Faculty of Chemical Technology Institute of Energetic Materials, Pardubice, April 19-21, 2023.

Radovi u časopisima

1. B. Stimac, Chan Hay Yee Serene, M. Künzel, M. Suceska, Numerical modeling of detonation reaction zone of nitromethane by EXPLO5 code and Wood and Kirkwood theory, Central European Journal of Energetic Materials 17(2), 2020, 239-261.
2. M. Suceska, Chan Hay Yee Serene, Z. Qingling, M. Dobrilovic, B. Stimac, Prediction of cylinder wall velocity profiles for ANFO explosives combining thermochemical calculation, Gurney model, and hydro-code, Propellants Explos. Pyrotech. 2020, 45.
3. M. Suceska, M. Dobrilovic, V. Bohanek, B. Stimac, Estimation of explosive energy output by EXPLO5 thermochemical code, Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (ZAAC) 647 (4), (2020)), 231-238
4. B. Štimac, V. Škrlec, M. Dobrilović, M. Sućeska, Numerical modelling of non-ideal detonation in ANFO explosives applying Wood-Kirkwood theory coupled with EXPLO5 thermochemical code, Defence technologies 17 (5), (2020), 1740-1752
5. M. Suceska, B. Stimac Tumara, V. Skrlec, S. Stankovic, Prediction of concentration of toxic gases produced by detonation of commercial explosives by thermochemical equilibrium calculations, Defence Technology, 2021, online verzija
6. M. Suceska, H. Y. Serene Chan, B. Stimac, M. Dobrilovic, BKW EOS: History of Modifications and Further Improvement of Accuracy with Temperature-Dependent Covolumes of Polar Molecules, Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2022, online verzija
7. B. Štimac Tumara, M. Dobrilović, V. Škrlec, M. Sućeska, Determination of detonation front curvature radius of ANFO explosives and its importance in numerical modelling of detonation with the Wood-Kirkwood model, The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin, 37(2) (2022) 97-107
8. V. Bohanek, M. Dobrilović, B. Štimac, S. Stanković, The efficiency of a small sized hand-made shaped charge, The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin, 37(2) (2022) 79-85
9. M. Suceska, B. Stimac Tumara, M. Dobrilovic, V. Bohanek, Estimation of detonation front curvature radius by empirical equations, Journal of Energetic Materials, 2022, online verzija
10. S. Stankovic, M. Katalinc, D. Kuhinek, V. Bohanek, Detecting Atypical Values and Their Influence on Blast-Induced Seismic Measurement Results, Applied Sciences, 12(12) (2022) 5820
11. V. Bohanek, M. Suceska, M. Dobrilovic, P. Hartlieb, Effect of Confinement on Detonation Velocity and Plate Dent Test Results for ANFO Explosive, Energies, 15 (2022) 4404
12. M. Suceska, B. Stimac Tumara, M. Künzel, Using thermochemical code EXPLO5 to predict the performance parameters of explosives, High Energy Materials, 13 (2021) 17-27
13. B. Stimac Tumara, M. Suceska, M. Dobrilovic, S. Stankovic, Numerical modeling of charge diameter effect on detonation properties of emulsion explosives using Wood-Kirkwood detonation model, Journal of Energetic Materials, July 2022, https://doi.org/10.1080/07370652.2022.2102697
14. V. Bohanek, B. Stimac Tumara, C. Hay Yee Serene , M. Suceska, Shock initiation and propagation of detonation in ANFO, Energies, 2023, 16, 1744. https://doi.org/10.3390/en16041744

• Pozvani glavni govornik

Prof.dr.sc. Muhamed Sućeska sudjelovao je kao pozvani glavni govornik (uvodničar) na “2022 International conference on Defence Technology (2022 ICDT)”. Konferencija je održana u hibridnom obliku razdoblju 23-26 August 2022, u Changsha, China (https://www.icdt-conf.com/). Profesor Sućeska održao je predavanje pod naslovom „On the theoretical prediction of performance of explosives: Thermochemical calculations”

• Pozvano predavanje

Prof.dr.sc. Muhamed Sućeska sudjelovao je kao pozvani predavač na konferenciji „First Regional Symposium on Energetic Materials and their Application (RSEM 2022)“ (https://www.rsemta.com/) , održanoj u  Sarajevo, Bosnia and Herzegovina, 13 Octobra 2022. Naslov predavanja prof. Sućeske je „Possibilities of theoretical prediction of performance of explosives“ 

• Najviše citirani rad:

M. Suceska, M. Dobrilovic, V. Bohanek, B. Stimac autori su rada „Estimation of explosive energy output by EXPLO5 thermochemical code“, objavljenog u Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (ZAAC)  647 (4), (2020), 231-238, koji je proglašen najviše citiranim radom  u 2021-2022 , časopisa Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie.

• NTREM ’23 - Seminar on New Trends in Research of Energetic Materials, Pardubice, April 19–21, 2023.

U periodu 19.4.-21.4.2023. sudjelovali smo na konferenciji „NTREM ’23 - Seminar on New Trends in Research of Energetic Materials“ održanoj u Pardubice (Češka) sa dva znanstvena rada. Tom prilikom smo se susreli sa našim vanjskim suradnicima na projektu- Prof. Martin Braithwaite, Prof. Thomas Klapotke, Dr. Miloslav Krupka i Dr. Chan Hay Yee Serene. Bila je to prigoda da razgovaramo o stanju na projektu, dogovorimo aktivnosti za ovu godinu i da se (nakon dužeg vremena) družimo

• Barbara Štimac je sudjelovala 20. i 21. veljače 2020. na Susretu mladih kemijskih inženjera u organizaciji Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije, Sveučilišta u Zagrebu, gdje je prezentirala rad pod naslovom „Različiti utjecaji na koncentracije štetnih plinovitih produkata detonacije ANFO eksploziva“.

• U razdoblju od 03.07 do 14.07.2020, na lokaciji Ljubešćica, obavljena su prva terenska ispitivanja ANFO eksploziva u sklopu projekta NEIDEMO. Ispitivanje su obavljena na 20-ak eksplozivnih naboja s PVC oblogom.Promjeri naboja kretali su se od 50 do 160 mm, a cilj je ispitivanj utvrđivanje utjecaja promjera naboja na brzinu detonacije i na uspostavu stacionarne detonacije.
  Dobiveni rezultati biti će od velike važnosti za početno kalibriranje parametara modela neidealne detonacije koji se razvija u sklopu projekta
  
  

• U razdoblju od 10.11 do 21.12.2020, na lokaciji Ljubešćica, obavljen je drugi set terenskih ispitivanja u sklopu projekta NEIDEMO. Provedena ispitivanja utjecaja radijusa zakrivljenosti o promjeru naboja ANFO eksploziva s PVC oblogom. Pripremljeno je 11 eksplozivnih naboja u rasponu promjera od 75 mm do 160 mm. Dobiveni rezultati biti će od velike važnosti za početno kalibriranje parametara modela neidealne detonacije koji se razvija u sklopu projekta.

• U lipnju 2022. godine, izvanredni profesor Vječislav Bohanek i poslijedoktorandica Barbara Stimac Tumara, u suradnji s Montanuniversität Leoben I starijim istraživačem Philipp Hartlieb, obavili su eksperimentalna mjerenja kontinuirane brzine detonacije u bušotinama na Erzberg Mine. Dobiveni podatci koristiti će se kao prvi korak u modeliranju utjecaja obloge I stijene u numeričkom modelu neidealne detonacije.