Параметры взрыва парогазовых смесей

 

К показателям взрывоопасности веществ относятся такие параметры

взрыва, как:

· максимальное давление взрыва;

· тротиловый эквивалент взрывчатой системы или вещества;

· тротиловый эквивалент взрыва (мощность взрыва);

· фугасность.

 

Тротиловый эквивалент - энергетическая характеристика взрыва боеприпаса. Равен массе тротилового заряда (тринитротолуол), энергия взрыва которого равна энергии взрыва данного боеприпаса.

Ядерный взрыв 1 кг ²³⁵U или ²³⁹Pu при полном делении всех ядер эквивалентен по количеству выделившейся энергии химическому взрыву 20 000 т тротила.

Удельная энергия взрывчатого разложения тринитротолуола в зависимости от условий проведения взрыва варьируется в диапазоне 980-1100 кал/г. Для сравнения различных видов взрывчатых веществ условно приняты значения 1000 кал/г и 4184 Дж/г.

1 грамм тринитротолуола выделяет 1000 термохимических калорий, или 4184 джоулей;

1 килограмм ТНТ = 4,184×10⁶ Дж;

1 тонна ТНТ = 4,184×10⁹ Дж;

1 килотонна (кт) ТНТ = 4,184×10¹² Дж;

1 мегатонна (Мт) ТНТ = 4,184×10¹⁵ Дж;

1 гигатонна (Гт) ТНТ = 4,184×10¹⁸ Дж.

Эти единицы используются для оценки энергии, выделенной при ядерных взрывах, подрывах химических взрывчатых устройств, падениях астероидов и комет, взрывах вулканов.

Самым мощным взрывным устройством за всю историю человечества стало изделие АН602 (т.н. Царь-бомба), мощность которой в тротиловом эквиваленте составила по разным данным от 57 до 58,6 Мт.

Фугасность - характеристика взрывчатого вещества, которая служит мерой его общей работоспособности, разрушительного, метательного и иного действия взрыва. Основное влияние на фугасность оказывает объем газообразных продуктов взрыва.

Точное определение истинной работоспособности связано с техническими трудностями, поэтому обычно фугасность определяют и выражают в относительных единицах по сравнению со стандартными взрывчатыми веществами (как правило, кристаллическим тротилом).

Для измеренной таким образом фугасности часто применяют термин тротиловый эквивалент. Существует несколько способов определения фугасности. Наиболее простым и распространенным является проба Трауцля.

 

 

Рис. 1 Схема пробы Трауцля

 

Этот способ в Российской Федерации используется для промышленных взрывчатых веществ как стандартный по ГОСТ 4546. Испытание проводят путем подрыва заряда массой 10 граммов, установленного внутри свинцового цилиндра (часто называемого бомбой Трауцля). До и после подрыва заряда измеряется объём полости внутри цилиндра. Разность между ними с учетом влияния температуры и капсюля-детонатора сравнивается с результатами испытания кристаллического тротила.

Также фугасность определяют измерением работы взрыва на баллистическом маятнике. Баллистический маятник - это маятник, употребляющийся для определения скорости снаряда, но также можно определять мощность взрывчатых средств. Действие его основано на ударном действии газов при взрыве. Амплитуда колебаний баллистического маятника пропорциональна скорости налетающего тела. Одновременно с выбрасыванием снаряда происходит отдача тяжелого маятника, которая измеряется по шкале в градусах при помощи подвижного указателя.

Бризантность (фр. brisance) - характеристика взрывчатого вещества (ВВ). Служит мерой его способности к локальному дробящему воздействию на среду, в которой происходит взрыв. Термин имеет происхождение от французского «brise» (разрушение), т.е. бризантное действие - это дробление среды, окружающей заряд.

Бризантное и фугасное действие легко показать на примере: если взять кирпич и ударить по нему кувалдой, то этот кирпич сначала расколется (бризантное действие), а обломки отлетят на некоторое расстояние (фугасное действие).

Бризантность зависит от состава взрывчатого вещества, его плотности, физического состояния, степени измельчения. Как правило, бризантность возрастает с увеличением плотности и скорости детонации ВВ. Среди способов определения бризантности наиболее простым и распространенным является проба Гесса

Рис. 2. Проба Гесса

 

Этот способ в Российской Федерации используется для промышленных ВВ как стандартный по ГОСТ 5984-99. Испытание проводят путем подрыва заряда массой 50 граммов, установленного на свинцовом цилиндре диаметром 40 мм и высотой 60 мм. После подрыва заряда измеряется уменьшение высоты свинцового цилиндра. Разность между средними высотами цилиндра до и после взрыва является мерой бризантности ВВ. Традиционно измеряется в миллиметрах.

 

2.2. Расчет максимального давления взрыва парогазовых смесей [2]

Паровоздушные горючие смеси взрывоопасны. В закрытой емкости при наличии теплового источника воспламенение паровоздушной смеси сопровождается взрывом, как и газовоздушной смеси с присущими ей аналогичными закономерностями

Максимальное давление взрыва – это давление, которое возникает в

результате сгорания или детонации парогазовых смесей при условии реализации изобаро-изохорического процесса.

Максимальное давление взрыва для парогазовых смесей углеводородных топлив рассчитывается по формуле:

 

= (2.1)

где – максимальное давление взрыва, Па; , , – давление, температура, количество смеси до взрыва, соответственно в Па, К, молях; – температура взрыва, количество продуктов горения, соответственно в К, молях.

 

П р и м е р 1. Рассчитать максимальное давление взрыва бутано-

воздушной смеси стехиометрического состава. На момент взрыва давление

и температура были близки к нормальным условиям (Р _о=10⁵ Па, Т =273 К).

Температура взрыва 2905 К.

Р е ш е н и е.

1. Определяем состав и объем исходной смеси и продуктов горения.

Запишем уравнение химической реакции:

 

С₄Н₁₀ + 6,5О₂ + (6,5·3,76)N₂ = 4СО₂ +5Н₂О + (6,5∙3,76)N₂.

 

Из уравнения реакции следует: количество исходной смеси стехио-

метрического состава равно 31,9 моля, количество продуктов сгорания 33,4 моля.

2. Рассчитываем максимальное давление взрыва бутано-воздушной

смеси (формула 1.1).

 

= = =11,14∙10⁵Па

 

4. Избыточное давления взрыва Δ Р будет равно:

 

P= - 1·10⁵ Па = 11,14·10⁵ - 1×10⁵ = 10,14·10⁵ Па.