Определение температуры взрыва

Максимальную температуру, до которой могут нагреваться при взрыве продукты взрывчатого превращения ВВ, называют температурой взрыва. Для аналитического расчёта предполагается, что взрывчатое разложение происходит при постоянном объёме и выделяющаяся теплота целиком расходуется на нагревание продуктов взрыва. Тогда температура взрыва, ^°С, может быть вычислена по формуле

где

C _V – молярная теплоёмкость газов взрыва, кДж/(кмольºС),

Молярная теплоёмкость C_V для газов в момент взрыва, т. е. до их расширения, берётся при постоянном объёме. Для реальных газов C_V - величина переменная, зависящая от температуры, и различная для разных газов. Малляр и Ле-Шателье предложили для её определения уравнение

C_V = a +bT,

где

a –молярная теплоёмкость продуктов взрыва при 0ºС (273 К);

b – приращение молярной теплоёмкости при повышении температуры на 1ºС.

Подставив указанное значение C_V в формулу температуры взрыва, получим

или

Откуда

Продукты взрыва состоят из твердых компонентов и газов, теплоёмкость которых различна. Поэтому величина å nа означает суммарную молярную теплоёмкость продуктов взрыва при температуре 0ºС, т. е. å nа = n ₁ a ₁ + n₂a₂ +... + n _n a _n. Точно так же å nb означает суммарное приращение молярной теплоёмкости продуктов взрыва при повышении их температуры на 1º, т. е. å nb = n ₁ b₁ + n₂b₂ +... + n _n b _n. В табл. 1.2 приложения приведены значения параметров a и b некоторых химических элементов и соединений.

Определить температуру взрыва экспериментальным путём весьма сложно вследствие кратковременности процесса и большого давления взрыва. Наиболее точен оптический цветовой метод, основанный на определении энергии по сплошному непрерывному спектру, характерному для детонации, или на определении отношения значений яркости при двух длинах волн - метод «красно-синего сравнения». Для непрозрачных сред предпринимаются попытки измерения температуры при помощи медь-никелевых микротермопар.

 

Определение давления взрыва

В случае очень высокого давления, которое в момент взрыва возникает в зарядной камере (шпуре, скважине), плотность газов взрыва близка к плотности жидкости. Поэтому при определении давления газов взрыва нельзя пренебрегать объёмом молекул этих газов. Кроме того, при взрыве ВВ, содержащих твёрдые добавки, когда твёрдые компоненты образуются в процессе химического превращения, необходимо учитывать также объём твёрдого остатка.

Давление взрыва (ед. измерения Па) можно рассчитать по упрощённому уравнению состояния Ван-дер-Ваальса. Формула применительно к взрыву 1 кг ВВ

где

Р ₀ – нормальное атмосферное давление при температуре 0ºС, примерно равное 1,01·10⁵ Па;

–объём газов взрыва 1 кг ВВ при нормальных условиях (при 0ºС и давлении 1,01·10⁵ Па);

Т – температура взрыва ВВ, К;

V –объём заряжания, м³;

a – коволюм газов взрыва, т. е. несжимаемый объём молекул газов взрыва, м³;

b – объём твёрдых компонентов продуктов взрыва 1 кг ВВ (твёрдый остаток), м³.

Величина a определяется размерами молекул газа и выражает собой несжимаемый объём, занятый самими молекулами.

Для практических расчётов рекомендуются следующие значения a при плотности ВВ более 1 кг/дм³ a = 0,0006 '; до 1 кг/дм³ – a = 0,001 .

Параметр b вычисляется по формуле

где n _T1, n _{T 2},..., n _{T n} - число молей твёрдых компонентов в продуктах взрыва;

m ₁, m ₂,..., m_n - масса твёрдых компонентов продукта взрыва, г;

- физическая плотность твёрдых компонентов, кг/м³.

Для упрощения расчётов целесообразно объём заряжания заменить плотностью заряжания

где m _ВВ – масса ВВ, кг.

При взрыве 1 кг ВВ, т. е. для условий расчёта давления

Подставив значение V в уравнение Ван-дер-Ваальса и сделав преобразования, получим:

Продукты взрыва мощных взрывчатых веществ не содержат твердых компонентов, в этом случае для давления можем записать

 

Ядовитые газы взрыва

Взрывчатые вещества содержат органические и неорганические нитраты, нитросоединения и различного рода нитроуглеродистые соединения, поэтому основными ядовитыми газами, выделяющимися при взрыве, являются оксид углерода (угарный газ), оксид (NO) и диоксид (NO₂) азота.

На состав и количество ядовитых газов взрыва в первую очередь влияет кислородный баланс: чем больше он отклоняется от нуля, тем меньше потенциальная энергия ВВ по сравнению с тем уровнем, который был бы при нулевом Б_к, и тем больше выделяется ядовитых газов. При избытке кислорода образуется некоторое количество оксидов азота, а при недостатке – оксид углерода.

Рецептуры ВВ составляются с таким расчётом, чтобы при реакции взрыва образовались в основном пары воды, азот и углекислый газ, т.е. газообразные продукты, наименее опасные для человека. Взрывчатые вещества с нулевым кислородным балансом теоретически не должны давать ядовитых газов. Однако практика взрывных работ показала, что из общего количества газообразных продуктов взрыва 5...10 % приходится на ядовитые примеси.