4. Температура взрыва.

Температура взрывчатого превращения, т е. максимальная температура, до которой нагреваются продукты реакции при взрыве, является не только энергетической характеристикой, но также характеризует степень пожароопасности в случае применения ВВ в определенных условиях и в аварийной ситуации. Во многих случаях взрыв сопровождается пожаром.

Ввиду того, что непосредственное определение температуры взрыва затруднительно и получающиеся результаты малонадежны, обычно определяют эту температуру вычислением, предполагая, что взрыв есть адиабатический процесс (адиабатическим называется процесс, протекающий в системе, когда отсутствует обмен теплотой между системой и внешней средой), протекающий при постоянном объеме и, следовательно, выделяющееся при взрыве тепло расходуется только на нагрев продуктов взрыва. При этом предположении используется зависимость:

где - теплота взрывчатого превращения при постоянном объеме ( ); -средняя теплоемкость всех продуктов взрыва в интервале от Т₁ до Т₂; Т - температура взрыва.

Необходимо учесть, что теплоемкость веществ сама зависит от температуры и выражается степенным рядом.

Для практических вычислений можно ограничиться двумя первыми членами этого ряда, что дает линейную зависимость следующего вида:

,

которая в частных случаях имеет следующие значения, кал/моль-град.

Двухатомные газы...……….... = 4,8 + 4,5∙10^-4Т

Пары воды…………………… = 4,0 + 21,5∙10^-4Т

Углекислый газ…………….... = 9,0 + 5,8∙10^-4Т

Четырехатомные газы………. = 10,0 + 4,5∙10^-4Т

Пятиатомные газы…………... = 12,0 + 4,5∙10^-4Т

Твердые продукты взрыва (простые) имеют . Поэтому =(a+bТ)Т, откуда:

В качестве примера вычислим теплоту взрыва ТЭНа исходя из реакции:

= -444,1 ккал/моль или = -1856,34 кДж/моль

Подсчитаем теплоемкость всех продуктов взрыва:

Двухатомные газы 4(4,8 + 0,00045t) = 19,2 + 0,0018∙Т

Углекислый газ 3(9,0 + 0,00058 t) = 27,0 + 0,00174∙T

Пары воды 4(4,0 + 0.00215 t) = 16.0 + 0.0086∙T

Теплоемкость всех продуктов взрыва 62,2 + 0,01214∙T

Следовательно, а = 62,2 и b = 0,01214

Подставим найденные значения в формулу:

Множитель 1000 вводится потому, что выражается в килокалориях (или килоджоулях), а значения теплоемкостей приведены в калориях.

Получим: t ≈ 4000°С или Т ≈4280°К.

Большая теплота и высокая температура взрыва (около 4000°С) у нитроглицерина и динамитов дают большое, интенсивное и продолжительное пламя ≈ 2…10^-1 с.

В целях уменьшения пожароопасности при применении промышленных взрывчатых веществ в них вводят пламягасящие добавки. Чаще всего это и соли с кристаллизационной водой: , , и другие. Роль этих примесей заключается главным образом в понижении температуры взрыва.

По мере усовершенствования методики опыта и расчета было установлено, что при высоких температурах теплоемкость увеличивается, что приводит к понижению расчетной температуры. Характер изменения теплоемкостей газов с изменением температуры оказался таким, что его нельзя описать в виде линейной функции. Поэтому сделанная Льюисом и Эльбе (1957 г.) сводка значений теплоемкости была дана в виде таблиц. В этих таблицах приведены не теплоемкости, а соответствующие им изменения внутренней энергии газов в определенном интервале температур. Пользуясь этими таблицами, можно рассчитать температуры взрыва следующим образом: Задаются значением температуры взрыва и подсчитывают изменение внутренней энергии всех продуктов взрыва от начальной температуры 291°К до заданной. Если подсчитанная величина изменения внутренней энергии совпадает с теплотой взрыва, то заданная температура соответствует искомой. В противном случае продолжаем расчет методом последовательных сближений.

Согласно воззрениям Л. Д. Ландау и К. П. Станюковича значительная часть теплоты реакции обращается в упругую энергию отталкивания молекул сильно сжатых продуктов детонации. В связи с этим температура продуктов детонации оказывается меньше, чем по проведенному расчету, и зависит от объемной плотности ВВ, уменьшаясь с увеличением последней.

Порядок определения температуры продуктов взрыва:

1) составить уравнение реакции взрывчатого разложения;

2) определить теплоту взрыва;

3) вычислить теплоемкость продуктов взрыва;

4) подсчитать суммарную молярную теплоемкость;

5) определить температуру продуктов взрыва.

Тепловой эффект реакции или теплота взрывчатого превращения и температура взрыва T_взрыва являются важными характеристиками, т.к. во многих случаях определяют целесообразность использования данного взрывчатого вещества в определенных условиях, а также возможность возникновения пожара в аварийной ситуации и его масштабах.