Подстановка значений в уравнение 2.23 дает упрощенное уравнение

Q_V = Q_Р+0,58 n , (2.24)

где n – число молей газов, образовавшихся при взрыве 1 кг ВВ.

При расчетах необходимо указывать, в каком агрегатном состоянии находится вода в продуктах взрыва. Q_взр для пара меньше Q_взр для воды на величину теплоты конденсации водяных паров.

Состав продуктов взрыва может быть различным в зависимости от конечных параметров состояния газов, что связано с константами равновесия между обратимыми реакциями в продуктах, являющимися функцией температуры. Тогда и теплота взрыва данного ВВ перестает быть постоянной величиной, если только мы не зададимся какими-либо конечными условиями, общими для ВВ любой химической природы и позволяющими однозначно установить химический состав продуктов взрыва. Наиболее соответствующее этому положению следует признать условие, отвечающее максимальному изменению энтропии (правило Бертло) системы в процессе взрыва с образованием термодинамически наиболее устойчивых соединений. Выбранное условие отвечает максимальному тепловыделению (Q_max) при взрыве, причем Q_max является константой ВВ, так как не зависит от параметров конечного состояния продуктов взрыва.

Другое возможное условие – максимальный объем продуктов взрыва - основано на принципе Ле-Шателье, согласно которому при свободном и неограниченном расширении продуктов взрыва система будет стремиться к равновесию, отвечающему наибольшему их объему.

Данный принцип (наибольший объем газов) прежде всего требует отсутствия в продуктах взрыва твердого углерода. Если кислорода не хватает для полного окисления углерода и водорода, то последовательность реакций, согласно данному принципу, будет такой, как в схеме Ле-Шателье, сначала весь углерод окислится до СО, затем оставшийся кислород поровну распределится на окисление СО до СО₂ и Н₂ до Н₂О, но с учетом равновесия реакции водяного газа (СО+Н₂О↔СО₂+Н₂). При наличии алюминия в составе ВВ предполагается, что вначале окислится С (до СО), а затем алюминий.

Экспериментальные измерения теплоты взрыва полностью не совпадают по величине с теплотами взрыва, рассчитанными по оговоренному выше принципу (Q_max) (максимального объема). Из-за наличия некоторого равновесного состояния газов она всегда меньше. Наибольшее совпадение соответствует ВВ с нулевым и небольшим положительным кислородным балансом.

Г.А.Авакян предложил упрощенный способ расчета теплоты взрыва, не требующей знания конечного равновесного состава продуктов взрыва. Им принято, что сам состав продуктов взрыва, а следовательно и теплота их образования – функция кислородного коэффициента ВВ, под которым понимается отношение имеющегося в ВВ кислорода к количеству, необходимому для получения полных продуктов окисления. Если ВВ имеет химическую формулу С_аН_bО_сN_d, то кислородный коэффициент

(2.25)

Теплота образования фактических продуктов взрыва принимается пропорциональной теплоте образования продуктов, отвечающих максимальной теплоте Q_max, т.е

Q_ПВ = к Q_{ПВ max} , (2.26)

где к- коэффициент, к <1 и, согласно экспериментальным данным, является степенной функцией от кислородного коэффициента:

к = 0,32 ·А^0,24. (2.27)

Получив значение Q_ПВ, на основании закона Гесса можно рассчитать Q_взр для исследуемого ВВ. Эмпирическая формула (2.26) получена для ВВ с плотностью 1,6 г/см³, поэтому предложенный метод расчета применим к высокоплотным ВВ.

Итак, константой ВВ может быть только некоторая идеализированная теплота взрыва, основанная на правиле отбора состава продуктов взрыва независимо от конкретных условий их расширения и физического состояния ВВ. Пользоваться такой величиной для инженерных расчетов, связанных, например, с оценкой эффективности взрыва, нужно осторожно, сопоставляя принятые при расчете условия с реальными условиями взрывания. Истинная теплота взрыва может быть определена только с учетом констант равновесия обратимых газовых реакций, отвечающих заданным условиям, либо экспериментально в условиях, достаточно близко моделирующих практические.

При экспериментальных определениях Q_взрдля ВВ с отрицательным кислородным балансом обнаружено сильное влияние плотности ВВ, заполнение пустот между частицами ВВ жидкостями, толщины металлической оболочки заряда. Это влияние тем сильнее, чем более отрицательным является кислородный баланс ВВ.

Прирост теплоты взрыва с увеличением плотности объясняется сдвигом равновесия реакции генераторного газа

2СО↔СО₂+С+ q

в правую сторону в результате увеличения давления взрыва.

Заполнение пустот по действию аналогично уплотнению ВВ. Экспериментально подтверждено, что с увеличением плотности наполнителя теплота взрыва возрастет.

Наличие массивной оболочки препятствует быстрому расширению продуктов взрыва и благоприятствует завершению реакции с максимальным тепловыделением, происходящим при высоких давлениях.

Зависимость теплоты взрыва от плотности ВВ с отрицательным кислородным балансом линейна в общем виде:

Q_V= Q_1,V + а(p_о-1), ( кДж/кг) , (2.28)

где Q_1,V - теплота взрыва при p=1,

а – коэффициент прироста теплоты.

Для гексогена: Q_1,V =5759, а = 700.

Для тротила: Q_1,V =4202, а = 1034.

Если в качестве заполнения пустот вместо воды применяются водные растворы окислителей, то плотность заряда будет еще более повышаться, что приведет к большему увеличению теплоты взрыва. Окислители (их водные растворы) с отрицательным кислородным балансом более эффективны, чем окислители с нулевым и положительным кислородным балансом.

Опытное определение теплоты взрывчатого превращения производится при помощи калориметрической бомбы (бомбовый калориметр) и вычисляется по формуле

Q_V = (с+с_о) (Т_к- Т_н)/ , (2.29)

где с – теплоемкость общего количества воды,

кал/град,

с_о – теплоемкость аппаратуры, кал/град,

Т_к- Т_н – конечная и начальная температура воды

и бомбы, град,

m - навеска ВВ, г.

Для ряда термодинамических расчетов необходимо знать начальную температуру продуктов взрыва (или максимальную температуру, до которой могут нагреваться при взрывчатом превращении продукты разложения ВВ), которую в общем виде рассчитывают по уравнению

, (2.30)

где Q_V - теплота взрыва, ккал/кг,

n – число молей продуктов взрыва,

- средняя молекулярная теплоемкость

продуктов взрыва.

Точный расчет осложняется тем, что - находится в сложной зависимости от температуры (t)

= а + bt + ct². (2.31)

Обычно ограничиваются двумя первыми членами, тогда уравнение (2.31) преобразуется в уравнение

, (2.32)

где n_i– число молей одноименных газов,

a_i и b_i - табличные коэффициенты.

Температура взрыва промышленных ВВ колеблется в пределах 2800-4200^оС.

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 595; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!