Расчет термодинамических параметров продуктов взрыва

Газообразные продукты взрыва являются носителем энергии, высвобождаемой в процессе превращения ВВ, и гем агентом, при помощи которого осуществляется разрушительное действие взрыва. Для окончательной оценки показателей действия взрыва необходимо знать термодинамические параметры и физические характеристики продуктов превращения ВВ.

Важнейшие термодинамические параметры продуктов взрыва:

• 1) число молей газообразных продуктов взрыва, приходящееся на 1 моль или 1 кг исходного вещества;
• 2) средняя молекулярная масса продуктов взрыва;
• 3) удельный объем газообразных продуктов взрыва;
• 4) теплоемкость;
• 5) температура взрыва и температура детонации.

Большинство из этих параметров можно считать на основе данных о составе продуктов взрыва.

Рассмотрим методику их расчета.

1. Число молей газообразных продуктов взрыва, образующихся при взрыве I моля ВВ, определяется, но формуле.

Для ВВ состава величина ^/7, может быть рассчитана следующим образом:

Число молей газообразных продуктов взрыва, приходящееся на 1 кг ВВ, определяется по формуле.

где М- молекулярная масса ВВ.

2. Средняя молекулярная масса Му газообразных продуктов взрыва представляет собой массу, приходящуюся в среднем на 1 моль продуктов взрыва. Величина М% рассчитывается по формуле.

или.

где п'_с — количество грамм-молекул атомов свободного углерода в 1 кг продуктов взрыва.

3. Удельный объем газообразных продуктов взрыва — важнейшая характеристика ВВ, поскольку она служит мерой газообразования в процессе взрывчатого превращения и позволяет косвенно судить о работоспособности продуктов взрыва.

Под удельным объемом понимается объем газов, образующихся при взрыве 1 кг ВВ, занимаемый ими после расширения до давления 1 атм и охлаждения до температуры О °С. Удельный объем обозначают W_l и измеряют в литрах на килограмм (л/кг).

Для расчета Щ используется закон Авогадро, согласно которому 1 моль любого газа при нормальных условиях (Р = 1 агм, Т= О °С) занимает объем 22,4 л. Следовательно,.

Удельный объем зависит от элементарного состава ВВ, плотности заряда и условий взрыва. Для ВВ, продукты взрыва которых не содержат конденсированных веществ, удельный объем обратно пропорционален средней молекулярной массе продуктов взрыва: чем меньше M_s, тем больше Щ. Молекулярная масса М_? тем меньше, чем больше в продуктах взрыва содержится легких газов — продуктов неполного окисления Н₂ и СО. Если ВВ имеет КБ < О, то образование в составе продуктов взрыва твердого углерода приводит к снижению величины Щ. Однако у таких ВВ удельный объем может увеличиваться за счет снижения плотности заряда. Чем меньше начальная плотность заряда, тем меньше давление, развивающееся при взрыве. При меньшем давлении равновесие реакции 2СО о С0₂ + С сдвигается в сторону увеличения объема, т. е. в сторону образования СО (табл. 1.6).

4. Температура взрыва, теплоемкость продуктов взрыва и температура детонации. Под температурой взрыва понимается то значение температуры, которым будут обладать продукты взрыва, если вся энергия, выделившаяся в результате взрывчатого превращения ВВ, пойдет на их нагрев.

Понятие температуры детонации вводится для оценки тепловой части энергии продуктов взрыва конденсированных ВВ.

Таблица 1.6.

Значении удельных объемов продуктов взрыва для ряда ВВ

Начальная плотность конденсированного ВВ обычно больше 1 г/см'¹. Продукты взрыва таких ВВ, занимая в первый момент после их образования начальный объем вещества, находятся в сильно уплотненном состоянии, плотность продуктов взрыва может превысить 2 г/см Естественно, что при такой высокой плотности продукты взрыва нельзя рассматривать как обычные газы, температура которых обусловливается энергией движения молекул. Часть энергии продуктов детонации конденсированных ВВ имеет упругий характер, так как обусловлена действием сил притяжения и опалкивания между молекулами сильно уплотненных продуктов превращения. Другая часть энергии продуктов взрыва имеет тепловой характер. Именно эту часть энергии и учитывает температура детонации Г_д, которая, очевидно, всегда меньше Т_в1р. Согласно Авакяну, температура детонации может быть рассчитана по формуле.

где Су — величина мольной теплоемкости продуктов взрыва, которая определяется соотношением.

где С>, — - средняя в интервале температур от То до Т_взр мольная теплоемкость /-го компонента продуктов взрыва.

Однако в формуле расчета температуры детонации вместо Qv (_n) необходимо подставить величину тепловой части энергии взрыва Q_T. Авакян показал, что величина Q_r составляет некоторую часть от теплоты взрыва:

где К_т < 1 — коэффициент, зависящий от теплоты взрыва ВВ, величина коэффициента К_т может быть рассчи тана по эмпирической формуле.

Расчет температуры детонации по методу Авакяна ведется в два этапа. Сначала по величине теплоты взрыва Q_v^_n) определяется ориентировочное значение температуры Г_д :

где С>_эф — средняя эффективная теплоемкость продуктов взрыва, вычисленная по формуле, аналогичной (1.8), в которой значение эффективной теплоемкости для каждого компонента продуктов взрыва берется из табл. 1.7.

Таблица 1.7 Эффективная теплоемкость

Затем, но найденному значению Г_д вычисляется теплоемкость продуктов взрыва и находится температура детонации во втором приближении:

Вычислим Г_д для нитроглицерина: