Механизм возбуждения взрыва при механических воздействиях

Содержание

 

Введение …………………………………………………………………………..
1 Механизм возбуждения взрыва при механических воздействиях ………….
1.1 Механизм образования локальных очагов разогрева ……………………...
1.2 Влияние различных факторов на чувствительность к механическим воздействиям…………………………………………………………………………
2 Метод оценки чувствительности ВС к удару…………………………………
3 Определение чувствительнос­ти к трению при ударном сдви­ге…….
Литература…………………………………………………………………………

 

Введение

 

Взрывчатые системы (ВС) в процессе производства, пере­работки, снаряжения, транспортировки, хранения, эксплуатации и т.п. подвергаются различного рода внешним воздействиям. Под влиянием этих воздействий в заряде ВС при определенных условиях может возникнуть химическое превращение в форме горения или взрыва. Внеш­нее воздействие, под влиянием которого возникает взрывчатое превращение ВС, называется начальным или иници­ирующим импульсом. Под воздействием любого начального им­пульса взрывчатая система получает извне энергию, которая и является причиной возникновения взрывного процесса.

Чувствительность ВС к внешним воздействиям - спо­собность ВС к взрывчатому превращению в форме горения или взрыва под влиянием того или иного начального импульса.

В качестве начального импульса могут выступать раз­личные виды энергии: тепловая, механическая, лучевая, эле­ктрическая, энергия ударной или детонационной волны и др.

Вероятность возбуждения взрывного процесса под воздействием того или иного начального импульса зависит от свойств взрывчатой системы, а также от общего количества энергии, полученной взрывчатой системой, характера рас­пределения этой энергии в заряде, времени подведения энергии. Иными словами, вероятность возбуждения определяется как природой взрывчатого вещества (ВВ) и свойствами заряда, так и характером и условиям воздействия начального импульса.

Одним из самых распространенных в практике видов на­чального импульса является механическое воздействие (удар, трение). На всем пути существования ВС подвергаются меха­ническим воздействиям различной силы и продолжительности. Случайно или преднамеренно эти воздействия могут привести к взрыву ВВ.

Чувствительность к механическим воздействиям одна из важнейших эксплуатационных характеристик, определяющая как принципиальную возможность, так и область практического при­менения ВВ.

При разработке методов и выборе критериев оценки чув­ствительности к механическим воздействиям, как правило, руководствуются существующими представлениями о механизме возбуждения и развития взрывного процесса в условиях конк­ретных механических воздействий, а также учитывают факторы, способные оказать заметное влияние на уровень чувствитель­ности. Последние широко используются в практике для сниже­ния уровня чувствительности ВС к механическим воздействиям. При проведении исследования чувствительности ВС к механическим воздействиям необходимо иметь четкое представление о механизме возбуждения взрывного процесса.

 

Механизм вязкого разогрева

Механизм вязкого разогрева реализуется при быстром течении ВС через узкие каналы или зазоры и характерен для жидких, пластичных BС и поликристаллических ВС, имеющих низкие температуры плавления.

Литература

1. Физика взрыва. Под ред. Л.П. Орленко, М: Физматлит, т. 1, т. 2, 2002 г. – 882, 765 с.

2 Лоскутова Л.А., Егоров А.П.. Химическая физика взрывчатых систем: Конспект лекций. СПб: СПбГТИ, 2001 - 107 с.

3. Афанасьев Г.Т., Боболев В.К. Инициирование твердых взрыв­чатых веществ ударом. М.: Наука, 1968 – 175 с.

4. Боуден Ф., Иоффе А. Возбуждение и развитие взрыва в твер­дых и жидких веществах: M: Изд-во иностр. лит., 1955 - 243 с.

 

Кафедра химии и технологии органических соединений азота

 

Методические указания

 

Чувствительность твердых взрывчатых

Содержание

 

Введение …………………………………………………………………………..
1 Механизм возбуждения взрыва при механических воздействиях ………….
1.1 Механизм образования локальных очагов разогрева ……………………...
1.2 Влияние различных факторов на чувствительность к механическим воздействиям…………………………………………………………………………
2 Метод оценки чувствительности ВС к удару…………………………………
3 Определение чувствительнос­ти к трению при ударном сдви­ге…….
Литература…………………………………………………………………………

 

Введение

 

Взрывчатые системы (ВС) в процессе производства, пере­работки, снаряжения, транспортировки, хранения, эксплуатации и т.п. подвергаются различного рода внешним воздействиям. Под влиянием этих воздействий в заряде ВС при определенных условиях может возникнуть химическое превращение в форме горения или взрыва. Внеш­нее воздействие, под влиянием которого возникает взрывчатое превращение ВС, называется начальным или иници­ирующим импульсом. Под воздействием любого начального им­пульса взрывчатая система получает извне энергию, которая и является причиной возникновения взрывного процесса.

Чувствительность ВС к внешним воздействиям - спо­собность ВС к взрывчатому превращению в форме горения или взрыва под влиянием того или иного начального импульса.

В качестве начального импульса могут выступать раз­личные виды энергии: тепловая, механическая, лучевая, эле­ктрическая, энергия ударной или детонационной волны и др.

Вероятность возбуждения взрывного процесса под воздействием того или иного начального импульса зависит от свойств взрывчатой системы, а также от общего количества энергии, полученной взрывчатой системой, характера рас­пределения этой энергии в заряде, времени подведения энергии. Иными словами, вероятность возбуждения определяется как природой взрывчатого вещества (ВВ) и свойствами заряда, так и характером и условиям воздействия начального импульса.

Одним из самых распространенных в практике видов на­чального импульса является механическое воздействие (удар, трение). На всем пути существования ВС подвергаются меха­ническим воздействиям различной силы и продолжительности. Случайно или преднамеренно эти воздействия могут привести к взрыву ВВ.

Чувствительность к механическим воздействиям одна из важнейших эксплуатационных характеристик, определяющая как принципиальную возможность, так и область практического при­менения ВВ.

При разработке методов и выборе критериев оценки чув­ствительности к механическим воздействиям, как правило, руководствуются существующими представлениями о механизме возбуждения и развития взрывного процесса в условиях конк­ретных механических воздействий, а также учитывают факторы, способные оказать заметное влияние на уровень чувствитель­ности. Последние широко используются в практике для сниже­ния уровня чувствительности ВС к механическим воздействиям. При проведении исследования чувствительности ВС к механическим воздействиям необходимо иметь четкое представление о механизме возбуждения взрывного процесса.

 

Механизм возбуждения взрыва при механических воздействиях

 

В учении о чувствительности ВС получили распростране­ния две концепции о причинах возникновения взрыва при ме­ханических воздействиях - тепловая и нетепловая.

Нетепловая теория предполагает, что химическое пре­вращение при механических воздействиях начинается вследст­вие деформации и разрушения молекул ВС. Нетепловая теория не нашла ни теоретического, ни экспериментального подтверж­дения, поэтому в настоящее время господствующей является тепловая теория возбуждения взрыва при механических воз­действиях.

Согласно тепловой теории энергия механического воз­действия трансформируется в заряде ВС в тепловую энергию, которая и является причиной разогрева и воспламенения ВС.

Поскольку заряд ВС, как правило, по своей структуре неоднороден, энергия при механическом воздействии распределяется в за­ряде неравномерно. Это представление легло в основу локально-тепловой (очаговой) теории возбуждения взрыва. Со­гласно этой теории энергия механического воздействия ло­кализуется в отдельных участках, которые являются физическими неоднородностями заряда ВВ. Температура таких участков ("горячих точек") существенно превышает тем­пературу примыкающего к очагу вещества.

Критическую температуру разогрева и размер "горячих точек", приводящих к воспламенению пробы (заряда) ВС, мож­но оценить из условий теплового взрыва. Математическое вы­ражение для условий теплового взрыва в локальном очаге разогрева, по Мержанову, имеет вид:

, (1)

где - критический диаметр очага,

T_кр- температура очага,

Q – тепловой эффект реакции, отнесенный к единице объема ВС,

E – энергия активации,

k₀-предэкспоненциальный множитель,

- коэффициент теплопроводности,

R – универсальная газовая постоянная,

T₀- начальная температура ВВ.

 

Взрыв в очаге разогрева возникает для всех T>T_крпо прошествии некоторого периода индукции. Период индукции при r>r_крблизок к адиабатическому периоду индукции (t_кр), который описывается уравнением:

, (2)

где с - удельная теплоемкость ВВ,

r - плотность ВВ.

 

Адиабатический период индукции (t_кр) можно оценить из эксперимента. Решая совместно уравнения (1) и (2), можно найти значения r_кр и T_кр.

Согласно расчету для большинства ВВ критический раз­мер "горячих точек", способных привести к взрыву ВВ при механических воздействиях, составляет r_кр=(10^-3-10^-5) см, при этом температура очага достигает значения T_кр=(700-900) К, а длительность разогрева, определяемая временем механического воздействия, составляет ~ 10^-5с.

1.1 Механизм образования локальных очагов разогрева

Причины, приводящие к появлению высокотемпературных очагов разогрева в заряде ВС при механических воздействиях, различны. Наиболее вероятными среди них являются следующие:

1. Разогрев за счет внешнего "сухого" трения частиц или кристаллов ВС друг о друга или о твердые поверхности (примеси, ограждающие поверхность и т.п.).

2. Вязкий разогрев за счет трения при бы­стром течении ВС в жидком состоянии.

3. Разогрев при адиабатическом сжатии газовых включе­ний или паров ВС в пузырьках, рассеянных в объеме ВС.

Реализация того или иного механизма трансформации ме­ханической энергии в тепловую определяется как свойствами ВС, так и условиями деформации заряда.