Краткие теоретические сведения

Работоспособность ВВ и работа взрыва.От теплоты, выделяю­щейся при взрыве ВВ в постоянном объеме без совершения внешней ра­боты, зависит общая энергия химического превращения. Превращение тепла в механическую работу происходит со значительными потерями. Химическое превращение также не бывает полным.

Энергия ВВ за вычетом химических потерь, выделяемая в момент взрыва в виде тепла, составляет полную фактическую тепловую энер­гию. Эта энергия также не полностью реализуется в механическую рабо­ту из-за тепловых (термодинамических) потерь.

Работу взрыва можно рассматривать как работу адиабатического расширения продуктов взрыва до предела, ограничиваемого атмосфер­ным давлением.

Работа расширения ВВ до атмосферного давления характеризует полную идеальную работу взрыва, кДж/кг, и, по И.М. Чельцову, опреде­ляется по выражению

(3.1)

где Q - потенциальная энергия (полная тепловая энергия) ВВ, кДж/кг; V₁, V₂ - начальный и конечный удельные объемы, м³/кг; к - показатель адиабаты, равный отношению теплоемкостей при постоянных давлении и объеме, k = c_p/c_v.

Введя вместо отношения удельных объемов отношение начально­го давления газов взрыва p₁ к давлению р₂ в момент совершения газами работы А, можно записать

(3.2)

При взрыве ВВ в воздухе (р₂ ⁼ 1,01∙10⁵ Па) полную работоспособ­ность рассчитывают по формуле

(3.1)

Величина q = Q - А_п - потерянное тепло - остается в продуктах взрыва по достижении ими атмосферного давления. Обладая этим теп-

лом, газы не могут совершить работу, так как давление их равно атмо­сферному. Это остаточное тепло затрачивается на свечение продуктов взрыва после их расширения.

При взрыве в среде, например с р₂ = 10⁷ Па, полная работа умень­шается:

остаточное тепло q = Q – А_П - увеличивается.

Коэффициент полезного действия (КПД) взрыва представляет со­бой отношение полной работы к теплоте взрыва:

. (3.4)

КПД сильно зависит от свойств продуктов взрыва, влияющих на показатель адиабаты. Если в продуктах взрыва содержится 2/3 молекул двухатомных и 1/3 трехатомных газов (гексоген), то к = 1,25, при других же условиях (2/3 молекул трехатомных и 1/3 двухатомных (нитроглице­рин)) k = 1,2. Величина k снижается (соответственно снижается и КПД). При содержании в продуктах взрыва четырехатомных и пятиатомных газов, а также твердых продуктов NaCl, А1₃O₃ и др. значение k = 1,15; 1,1 и 1,05 соответственно.

Под работоспособностью ВВ следует понимать полную работу, отнесенную к единице массы ВВ.

Пример 1.Определить полную работоспособность и отноше­ние полной работы к теплоте взрыва аммонита № 6ЖВ при следующих значениях: плотность заряжания р = 900 кг/м³; показатель адиабаты k = 1,24; объем газов взрыва равен 0,86 м³/кг; теплота взрыва равна 3930 кДж/кг; температура взрыва составляет 2600 °С (см. табл. 2.1).

Решение. Найдем сначала давление газов взрыва при указан­ной плотности заряжания по формуле (2.11)

Па.

Вычислим полную работоспособность:

кДж/кг.

Полный КПД взрыва при расширении до атмосферного давления составит

(3.4)

При решении задач 1-12 используются данные параметров взрыв­чатого превращения некоторых ВВ (табл. 3.1).

Таблица 3.1

 

Наименование ВВ	Объем газов взрыва, м3/кг	Теплота взрыва, кДж/кг	Температура взрыва, К	Показатель адиабаты
Аммиачная селитра	0,980			1,30
Тротил	0,728			1,24
Нитроглицерин	0,717			1,19
Аммонал	0,845			1,16
Гексоген	0,908			1,25
Тэн	0,780			1,22
Черный порох	0,259			1,25
Азид свинца	0,308			1,25
Динамит 62 %-й	0,634			1,18

Расчет параметров детонации ВВ.Уравнение состояния продук­тов взрыва для твердых ВВ имеет вид

(3.5)

где р - давление продуктов взрьша ВВ, Па; V - объем продуктов взрьша, м³; п - показатель политропы продуктов взрыва, зависящий от начальной плотности ВВ (табл. 3.2).

 

Таблица 3.2

 

pвв, т/м3	0,1	0,25	0,5	0,75	1,0	1,25	1,5
n	1,3	1,6	2,2	2,8	3,0	3,2	3,4

Давление детонационной волны (в точке Чепмена-Жуге) рассчи­тывают по формуле

(3.6)

(3.6)

где ρ_вв - плотность заряжания ВВ, кг/м³; D - скорость детонации, м/с; р_Д -давление, Па.

Плотность продуктов взрыва в детонационной волне

(3.7)

Массовую скорость движения продуктов взрыва, м/с, в точке Чепмена-Жуге найдем по формуле

(3.8)

Скорость детонации, выраженную через показатель политропы n и теплоту взрыва при постоянном объеме Q_v, кДж/кг, вычислим по вы­ражению

(3.9)

Результаты для твердых ВВ, полученные по (3.9), для газов будут сильно завышены. Поэтому для приближенной оценки скорости детона­ции можно воспользоваться выражением

(3.10)

где D_H, D_ЭТ - соответственно, скорости детонации нового и эталонного ВВ при одинаковой их плотности заряжания, м/с; Q_H, Q_ЭТ - теплота взрыва нового и эталонного ВВ, кДж/кг.

В качестве эталонного ВВ примем аммонит № 6ЖВ (или граммонит 79/21), имеющий теплоту взрыва 4315,7 кДж/кг и скорость детона­ции D' = 3650 м/с при плотности заряжания 1,0 т/м³.

Скорость детонации эталонного ВВ, м/с, при плотностях заряда, отличающихся от 1,0 т/м³, определяют по выражению

(3.11)

Пример 2.Определить параметры детонации акватола 65/35 при плотности заряда 1,45 т/м³, имеющего теплоту взрыва 3854,8 кДж/кг.

Решение. Вычислим скорость детонации аммонита № 6ЖВ при плотности заряда 1,45 т/м³:

м/с.

Найдем скорость детонации акватола:

м/с.

Плотность продуктов взрыва в детонационной волне

г/см³.

Скорость движения продуктов взрыва при n = 3,28 (табл. 3.2)

Давление детонационной волны (в точке Чепмена-Жуге)