Теплота и температура взрыва

Под теплотой взрывчатого превращения (или взрыва) понимают теплоту, которая выделяется при взрыве 1 кг ВВ.

Теплота взрыва зависит от типа ВВ и состава продуктов его разложения. Она определяется как разность известных из справочников теплоты образования продуктов взрыва (9пв и теплоты образования ВВ ?>вв, т. е. Q_mp = ?)пв ~ ??вв;

Теплота взрыва большинства ВВ находится в пределах.

3200…6600 кДж/кг, или 2900…10 000 кДж/л. Сравнивая с теплотой сгорания 1 кг, например, угля или бензина (соответственно 33 600 и 42 000 кДж), видно, что при взрыве выделяется в 5−12 раз меньше энергии. Однако если рассчитать теплоту горения 1 кг смеси топлива с кислородом, то разница становится менее ощутимой — 1,5−3 раза. Поэтому очевидно, что огромное разрушающее действие взрыва обусловлено только громадной его мощностью, которая, например, при взрыве всего 200 г аммонита 6ЖВ превышает 1,1 ГВт (1,5 млн л. с.) за счет скорости реализации энергии.

Температура взрыва характеризуется максимальной температурой, до которой нагреваются продукты взрыва. При этом процесс взрыва принимается адиабатическим.

Температура газов взрыва t = Q_mp/ с", где с" — средняя теплоемкость всех продуктов взрыва при постоянном объеме в интервале температур от 0 до t, кДж.

Значение теплоемкости в зависимости от температуры может быть определено по формуле с" = а + Ы, где а и b — коэффициенты, найденные опытным путем.

Подставив значение с" в формулу и преобразовав уравнение, получим:

Теплоемкость некоторых газов, Дж/(моль -°С), в зависимости от температуры, можно определить по формулам:

двухатомных 4,8 + 4,3 • 1 (Г⁴/;

трехатомных 7,2 + 4,5 10 ⁴t;

четырехатомных 10 + 4,510 ⁴f;

углекислых 9 + 5,8- ИГ⁴ 7;

паров воды 4 + 21,5−10^-4?.

При определении теплоемкости смеси газов по приведенным формулам производится почленное сложение их теплоемкости для нахождения суммарных величин.

Температура Т_тр характеризует температуру, при которой образуются газы и начинается работа взрыва. У обычных ВВ она равна 900…4500 К, у предназначенных для взрывания в шахтах, опасных по газу или пыли, — менее 2500 К.

Среднее давление взрыва, т. е. давление продуктов реакции в объеме ВВ при мгновенном его превращении,.

где V — удельный объем ВВ, см³/кг; а — несжимаемая часть газов (коволюм), см³/кг; к — показатель изотопы расширения газов; 427/9,8 — численный коэффициент перевода тепловых единиц в механические.

Величину а при не очень высоких давлениях принимают равной 0,001 объема газов при атмосферном давлении и температуре 0 °C.

Давление Р_тр, развивающееся при взрывах различных ВВ, может достигать от 0,3…0,5 до 15…20 ГПа и выше, что возможно благодаря огромным скоростям протекания самоускоряющихся реакций.

Объем газов при взрыве определяется по реакции взрывчатого разложения ВВ на основе закона Авогадро, согласно которому объем, занимаемый одной грамм-молекулой различных газов при О °С и давлении 0,1 МПа, равен 22,42 л (0,2 242 м³).

Объем газов, образуемых при взрыве 1 кг ВВ, имеет вид:

где П, п₂, «₃, п» — число грамм-молекул газообразных продуктов взрыва; т_ь т₂, т₃, …, т" — число грамм-молекул составных частей ВВ; М, М₂, М₃,…, М" — молекулярная масса составных частей ВВ.

Объем газов, образуемых какой-либо смесью компонентов (химических соединений или элементов), определяется как сумма объемов газов, образуемых отдельными компонентами смеси.

Пример. Определить объем газообразных продуктов при взрыве 1 кг тротила, разложение которого протекает по уравнению.

Объем газов при парообразном состоянии воды.

Для опытного определения объема продуктов взрыва производят взрывание некоторого количества ВВ (обычно 100 г) в калориметрической бомбе. Объем охлажденных до комнатной температуры газообразных продуктов измеряется с помощью газомера.

§ 5. ДАВЛЕНИЕ ГАЗА ПРИ ВЗРЫВЕ Давление газа при взрыве 1 кг ВВ может быть определено исходя из объединенных законов Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

где Р_п — давление газов при температуре 0 °C и давлении 0,1 МПа; V_Q — объем газов при взрыве 1 кг ВВ при 0 °C и давлении 0,1 МПа, м³; Т — температура взрыва, К; V-объем зарядной камеры, м³.

Эта общая формула действительна лишь для идеальных газов. При фактических плотностях заряжания ВВ (500… 1000 кг/м³) заметную роль начинает играть собственный объем молекул (коволюм) продуктов взрыва, который для практических расчетов принимается равным (при взрыве 1 кг ВВ) а = 0,001 V₀. Кроме того, заменив в формуле объем V на плотность ВВ, окончательно получим:

Определим давление газов при взрыве 1 кг, например, динафталита, учитывая, что при этом образуется 0,92 м³ газов и что температура взрыва равна 3000 К.

Давление газов при плотности ВВ Д = 800 кг/м³ а при Д = 1000 кг/м³

Таким образом, увеличение плотности заряда на 25% повышает давление газов при взрыве более чем в 4 раза. Эти расчеты дают достаточное представление о качественном влиянии отдельных факторов, в особенности плотности заряда (заряжания), на эффект взрыва.

Опытное определение давления газов взрыва обычно производится в специальной манометрической бомбе, в которой подрываются заряды массой до 100 г.

Контрольные вопросы

• 1. Что такое взрыв?
• 2. Что такое детонация?
• 3. Температура взрыва у ВВ, предназначенных для взрывания в шахтах, опасных по газу или пыли.
• 4. Методы определения объёма газа при взрыве.