5. Теплота вибуху, температура, об’єм і тиск газів вибуху

Теплота вибуху. Теплоти вибуху при постійному тиску згідно з принципом Геса визначається за формулою

, кДж/кмоль (1.4)

де Q_ВР – теплота утворення вибухової речовини, кДж/кмоль; Q_ПВ – теплота утворення продуктів вибуху, кДж/кмоль.

Для однокомпонентних вибухових речовин типу хімічних сполук теплота вибуху визначається за формулою

, кДж/кмоль (1.5)

де n_i – кількість молей i-того компоненту в продуктах вибуху; q_i – теплота утворення i-того компоненту продуктів вибуху, кДж/кмоль.

Для вибухових матеріалів типу механічних сумішей теплота вибуху визначається за формулою

, кДж/кмоль (1.6)

де Q_j – теплота утворення j-того компоненту вибухового матеріалу, який входить в суміш, кДж/кмоль; N_j – кількість молей j-того компоненту вибухового матеріалу, який входить в суміш.

Питома теплота вибуху, яка характеризує кількість теплоти, що виділяється при вибуховому перетворенні одиниці маси вибухового матеріалу розраховується за формулами:

а) для однокомпонентних вибухових речовин

, кДж/кг (1.7)

де М – молекулярна маса вибухового матеріалу, кг/кмоль

б) для механічних сумішей

, кДж/кг (1.8)

де M_j – молярна маса j-того компонента в суміші вибухової речовини, кг/кмоль.

Теплота вибуху при постійному об’ємі (у момент вибуху до розширення газів) визначається за формулою

,кДж/кмоль (1.9)

де Т – температура навколишнього середовища, до якої охолоджуються продукти вибуху, R – універсальна газова стала, R=8,32 кДж/(кмоль К).

Об’єм газів вибуху. Об’єм газів вибуху розраховується на основі закону Авогадро, згідно з яким гази вибуху, приведені до нормальних умов (t = 0^о або 273^оК, тиску 101 кПа) мають однаковий молярний об’єм, який дорівнює 22,4 м³/кмоль.

Об’єм газів вибуху одного кмоля вибухової речовини дорівнює

, м³/кмоль (1.10)

д е n_i – число кмолей i-того газу, що утворюється в результаті вибуху.

Питомий об'єм газів вибуху, який утворюється в результаті вибуху одиниці маси вибухової речовини дорівнює :

а) для вибухових матеріалів типу хімічних сполук

, м³/кг (1.11)

б) для вибухових матеріалів типу механічних сумішей

, м³/кг (1.12)

Питомий об’єм газів для інших умов (температура Т і тиск р)

, м³/кг (1.13)

Температура вибуху. Температура вибуху визначається за формулою

, С (1.14)

де – середня теплоємність продуктів вибуху при постійному об’ємі, кДж/(кмольК).

, кДж/(кмольК). (1.15)

де n_i – кількість молей i-го продукту вибуху, моль; – теплоємність i-го продукту вибуху, кДж/(кмольК).

Теплоємність продуктів вибуху при постійному об’ємі залежить від температури

, кДж/(кмольК) (1.16)

де a_i – мольна теплоємність i-го газу при t=0^oC; b_i – коефіцієнт, який враховує залежність теплоємності продуктів вибуху від температури.

Таким чином, середня мольна теплоємкість продуктів вибуху

, кДж/(кмольК) (1.17)

Враховуючи формули (1.15), (1.16) рівняння для знаходження температури продуктів вибуху буде

, С (1.18)

Тиск газів вибуху. Тиск газів вибуху є однією з найбільш важливих характеристик вибухового матеріалу. Тиск газів вибуху з точністю, достатньою для розв’язання практичних задач, розраховується за спрощеним рівнянням Ван-дер-Ваальса

, кПа (1.19)

де Р₀ – нормальний атмосферний тиск; кПа; V₀ – питомий об’єм газів вибуху при нормальних умовах, м³/кг; Т – температура вибуху, К; _зар – щільність заряджання, кг/м³; α – коволюм газів вибуху, м³; β – об’єм, який займають тверді продукти детонації вибухової речовини, м³.

Густина заряджання, це відношення маси заряду до об’єму зарядної камери

, кг/м³ (1.20)

де m_зар – маса заряду, кг; V_k – об’єм зарядної камери, м³.

Для патронів ВР густина заряджання визначається наступним чином

, кг/м³ (1.21)

де d_п – діаметр патрона, м; d_k – діаметр зарядної камери (шпуру), м; _ВР – густина патронування, кг/м³.

Для практичних розрахунків рекомендуються:

- при густині заряджання ВР понад 1 кг/дм³ α = 0,0006V₀, м³;

- при густині заряджання ВР до 1 кг/дм³ α = 0,001V₀, м³;

Об’єм твердих продуктів детонації вибухової речовини

, м³ (1.22)

де – число молей твердих компонентів у продуктах вибуху; – молярна маса твердих компонентів в продуктах вибуху, кг/кмоль; – густина твердих компонентів, кг/м³.

Питання самоконтролю:

1)