Теплота взрыва

Теплота взрыва (удельная энергия[1]) или теплота взрывчатого превращения[2] — количество тепла, выделяемое при взрывчатом превращении 1 моля или 1 кг взрывчатого вещества, является одной из существенных характеристик взрывчатого вещества[3]; это один из тепловых эффектов в теории взрывчатых веществ наряду с теплотой образования и теплотой сгорания взрывчатых веществ[4].

Также теплотой взрыва называют общий тепловой эффект химических реакций во фронте детонационной волны и реакций, длящихся при адиабатическом расширении продуктов взрыва по завершению реакций[3].

Единицы измерения: ккал/кг[3], кДж/кг[5], ккал/моль[3], Дж/моль[3], Дж/кг[3][6].

В формулах, как правило, обозначается Qв[6], Qвзр[3][7].

Теплота взрыва используется для определения способностей того или иного взрывчатого вещества[6].

Расчет и определение теплоты взрыва

Теплоту взрыва определяют:

Показатели теплоты взрыва, определяемые опытным путём, в настоящее время достигают точности 0,1 %[8]. В качестве типовых условий используют температуры 0 ° и 18 °С, давление 10 Па[9].

Теоретический расчёт теплоты взрыва возможен в случае наличия точной информации о составе продуктов взрыва который, в свою очередь, определяется как характеристиками заряда, так и свойствами взрывчатого вещества, а также условиями взрывания[3][8][10]. Расчётный способ применяется в тех случаях, когда невозможно провести эксперимент или нужны теоретические данные ещё не синтезированного взрывчатого вещества или взрывчатой системы[8].

Встречающиеся численные значения теплот взрыва различных веществ принимаются как неизменные для каждого из них, в то же время на эти показатели влияет и характеристика заряда, и условия охлаждения, что приводит к изменению теплового эффекта реакции[11]. Таким образом теплота взрыва не постоянная величина и колеблется в определенных пределах, например, у широко применяемых взрывчатых веществ — от 1000 до 1500 ккал/кг[3][12].

Виды теоретических расчётов теплоты взрыва
Уравнение Малляра — Ле Шателье и Бринкли — Вильсона

Теоретический расчёт теплоты взрыва проводится по общим правилам уравнений распада взрывчатых веществ Малляра — Ле Шателье или Бринкли — Вильсона, особенно для взрывчатых веществ с небольшим отрицательным, нулевым или положительным кислородным балансом. Для веществ с отрицательным кислородным балансом применение уравнений Малляра — Ле Шателье недопустимо, так как результат не соответствует показателям, полученным опытным путём, поэтому применяется уравнение Бринкли — Вильсона, где результат больше соответствует экспериментальным теплотам, но даже в этом случае у тротила результаты завышены[13].

Закон Гесса

Обычно для расчёта теплоты взрыва используют закон Гесса, как основанный на первом начале термодинамики, согласно которому общий тепловой эффект определяется начальным и конечным состоянием системы[9], то есть в отношении теории взрыва теплота взрыва должна составлять разницу между теплотой образования продуктов взрыва и теплотой образования взрывчатого вещества[3][7]:

  • Qвзр = Σqпв – qвв,

где Qвзр — теплота взрыва, Σqпв — теплота образования продуктов взрыва, qвв — теплота образования взрывчатых веществ[7].

  • Qвзр = Q2 – Q1,

где Qвзр — теплота взрыва, Q2 — теплота образования продуктов взрыва, ккал/Дж; Q1 — теплота образования взрывчатого вещества или его составных частей, ккал/Дж[3][9].

Общая информация

Показатель теплоты взрыва в определённых пределах зависит от толщины и материала оболочки, куда помещен заряд, а с увеличением плотности заряда значения теплоты взрыва повышается по линейному закону[13].

Теплота взрыва разделяется на:

  • теплота детонации (или малая теплота взрыва) — минимальный средний показатель теплоты, определяющий детонационный режим, выделяясь в детонационной волне и передаваясь ей полностью; её экспериментальное определение до настоящего времени затруднено. Может изменяться от давления в детонационной волне[10][13].
  • фугасная теплота — теплота взрыва в массивной оболочке. Промежуточная между теплотой детонации и максимальной теплотой. Зависит от плотности заряда и толщины оболочки; изменения зависят от давления внешней среды и газодинамических условий процесса расширения продуктов взрыва[10][13].
  • максимальная теплота — является константой взрывчатых веществ ввиду того, что определяется исключительно составом взрывчатого вещества, вне зависимости от начального и конечного размеров состояния продуктов взрыва. Позволяет увидеть предельные возможности взрывчатого вещества, в случае, если необходим результат полного превращения химической энергии в тепловую[10][13].

Для установления фугасной теплоты взрывчатого вещества на практике используются следующие приёмы:

Примеры влияния на показатели теплоты взрыва

В случаях детонации плотных зарядов взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом, которые помещены в массивную оболочку, наблюдается дополнительное выделение тепла без увеличения скорости детонации, так, при взрыве тротила, спрессованного в латунную оболочку толщиной 4 мм, выделяется на 25 % больше энергии (1080 кал/г), чем при взрыве аналогичного по весу и плотности заряда тротила в слабой слеклянной оболочке толщиной 2 мм (840 кал/г). Такой же эффект наблюдается у пикриновой кислоты, тетрина, гексогена. При этом увеличение теплоты взрыва за счет уплотнения и оболочки отслеживается только у взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом, у других смесевых взрывчатых веществ с небольшим, нулевым или положительным кислородным балансом (ТЭН, глицерин) данный эффект не прослеживается[3][13].

Дополнительное выделение теплоты взрыва может зависеть от медленного протекания химических реакций генераторного газа, не усиливающих детонационную волну[3][7][13].

Росту показателя теплоты взрыва способствует приращивание, измеренного для свободных и утяжеленных зарядов, импульса детонационной волны[13].

Примечания
  1. Теория горения и взрыва, 2010, с. 154, 156.
  2. Теплота взрывчатого превращения // Словарь ракетных и артиллерийских терминов / Ред. В. М. Михалкин. — Москва: Военное издательство, 1988. — С. 218.
  3. Теория горения и взрыва, 2010, с. 156.
  4. Станюкович, Баум, Шехтер, 2013, с. 82.
  5. Теория горения и взрыва, 2010, с. 156, 163.
  6. Архипов, Синогина, 2007.
  7. Дубнов, Бахаревич, Романов, 1988, с. 26.
  8. Станюкович, Баум, Шехтер, 2013, с. 85—86.
  9. Грабчак, Малышев, Комащенко, Федунец, 1997, с. 84.
  10. Дубнов, Бахаревич, Романов, 1988, с. 29.
  11. Станюкович, Баум, Шехтер, 2013, с. 90.
  12. Станюкович, Баум, Шехтер, 2013, с. 94.
  13. Апин, Велина, Лебедев, 1962.

Литература
  • Апин, A. Я. О полном использовании энергии взрыва / A. Я. Апин, Н. Ф. Велина, Ю. А. Лебедев // ПМТФ: Журнал прикладной механики и технической физики. — Изд-во Наука, Сибирское от-ние, 1962. — № 5. — С. 96—106.
  • Архипов, В. А. Горение и взрывы. Опасность и анализ последствий: учебное пособие. Часть II / В. А. Архипов, Е. С. Синогина. — Томск : Издательство: ТГПУ, 2007.
  • Грабчак, Л. Г. Проведение горно-разведочных выработок и основы разработки месторождений полезных ископаемых / Л. Г. Грабчак, Ю. Н. Малышев, В. И. Комащенко, Б. И. Федунец. — М. : Изд-во Академии горных наук, 1997. — 578 с.
  • Дубнов, Л. В. Промышленные взрывчатые вещества / Л. В. Дубнов, Н. С. Бахаревич, А. И. Романов. — 3-е издание, переработанное и дополненое. — М. : Недра, 1988. — ISBN 5-247-00285-7.
  • Станюкович, К. П. Физика взрыва / К. П. Станюкович, Ф. А. Баум, Б. И. Шехтер. — Рипол классик, 2013. — 806 с. — ISBN 5458416880.
  • Теория горения и взрыва. Конспект лекций. — Ульяновск : УВАУГА (И), 2010. — ISBN 978-5-7514-0169-6.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.