Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология и безопасность взрывных работ. Учебник
.pdf
до 0,2 МПа скорость детонации увеличивается лишь весьма не-
( )
( )
2 1.
D kQ
1
TT
k
+
( )
21
значительно, а именно с 2821 до 2872 м/с.
Однако для газов, обладающих повышенной плотностью, т.е.
находящихся под достаточно высоким начальным давлением,
уравнение Клапейрона – Менделеева является уже неприемлемым; начальная плотность газа начинает заметно сказываться
на скорости детонации. Так, по данным Ле Шателье, при повышении давления ацетиленовых смесей с 5 до 30 атм скорость детонации увеличивается с 1000 до 1600 м/с.
Для таких газов принимается уравнение состояния Абеля:
,p RTu−a =
где a – коволюм.
А для расчета скорости детонации используется зависимость
1
= −
1
−ar
0
2
Таким образом, если для газовых смесей применить уравнение состояния Абеля, полагая a = const, то скорость детонации
должна расти с увеличением начальной плотности газа, в то
время как температура и скорость потока продуктов детонации
остаются без изменения:
2
k
=
2
взр
;
Из опыта известно, что скорость детонации ВВ с увеличением плотности действительно возрастает.
Задача 30.3. Построить график зависимости скорости детонации гремучего газа от начальной его плотности, используя данные задачи 30.1. Коволюм a = 0,75 см
Решение
Построение графика выполним в математической системе
Mathcad (рис. 30.1).
При изменении плотности с 0,1 до 0,5 г/см
нации гремучего газа возрастает с 3000 до 4400 м/с.
w=
2
k
k
141
−
.
Q
1
+
3
/г.
3
скорость дето-
Рис. 30.1. Решение задачи 30.3 в математической системе
Mathcad
142
31. ВЫЧИСЛЕНИЕ
ПАРАМЕТРОВ ДЕТОНАЦИИ
ДЛЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ
ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
Под термином «конденсированные ВВ» понимаются жидкие и твердые взрывчатые вещества.
Л.Д. Ландау и К.П. Станюкович показали, что основные положения гидродинамической теории остаются в силе и для конденсированных ВВ, и вывели соответствующие зависимости
для вычисления параметров на фронте детонационной волны,
исходя из уравнения состояния для сильно сжатых продуктов
детонации. При этом они руководствовались следующими соображениями.
1. При детонации конденсированных ВВ их начальная плот-
ность относительно велика (может быть равна r
и поэтому давления на фронте детонационной волны становятся весьма большими, а плотность сжатых продуктов детонации
заметно превышает начальную плотность самого ВВ. Вследствие этого пользоваться уравнением состояния идеального газа
или уравнением Абеля принципиально невозможно, поскольку
они совершенно не учитывают силы отталкивания между частицами газа, которые в данном случае приобретают существенное
значение.
2. Чтобы установить уравнение состояния для конденсированных ВВ, необходимо идти обратным путем – исходить из экспериментальной зависимости параметров детонационной волны
и на этом основании выводить справедливое для нее уравнение
состояния.
3. Энергия твердого тела имеет двоякое происхождение: она
складывается из упругой энергии, обусловленной силами взаимодействия между молекулами, и тепловой энергии колебаний
частиц около их положения равновесия. При увеличении плотности ВВ возрастает роль упругих сил, поэтому
ляющаяся при химической реакции, идет не только на увеличение теплового движения молекул, но и затрачивается также
на преодоление этих сил (отталкивание). Это приводит к паде-
143
≈ 2,0 г/мм3),
0
энергия, выде-
нию температуры на фронте детонационной волны. Л.Д. Ландау
20
k
+
1
cD
k
+
и К.П. Станюкович показали, что в условиях детонации можно,
не совершая существенной ошибки, считать упругую энергию
преобладающей. Таким образом, при предельной плотности
3
около 2,25 г/мм
продукты детонации со средней молекулярной
массой около 30 а.е.м. при теплоте около 1000 ккал/кг будут совсем холодными. Вся их энергия при этой плотности существует в форме упругих сил межмолекулярного взаимодействия.
Превращение этой энергии в тепловую начнется лишь по мере
расширения продуктов взрыва. Допустив, в продуктах взрыва
3
при плотности больше 1 г/см
давление зависит только от плот-
ности ВВ и не зависит от температуры, можно по экспериментальной зависимости D = f(r
) установить уравнение состояния
0
p = f(r).
На основании опытных данных Л.Д. Ландау и К.П. Станю-
кович получили следующие соотношения для расчета давления
и плотности продуктов взрыва в детонационной волне для конденсированных ВВ:
2
D
r
0
p
=
2
r= r
;
1
k
+
1
k
;
где p2 – давление в плоскости Чепмена – Жуге, Па;
– скорость движения продуктов детонации в плоскости
w
2
Чепмена – Жуге, м/с;
– начальная плотность ВВ, кг/м3;
r
0
D – скорость детонации, м/с;
k – показатель изоэнтропы.
Значения показателя изоэнтропы (k) определяются началь-
ной плотностью ВВ по табл. 31.1.
w=
2
=
2
k
1
+
k
144
;1D
,
Таблица 31.1
w
Значения показателя изоэнтропы в зависимости
от начальной плотности ВВ
r0, г/см
3
0,10 0,25 0,32 0,50 0,75 1,00 1,25 1,70 2,25
k 1,30 1,62 1,78 2,22 2,80 3,05 3,21 3,40 3,60
Данные табл. 31.1 показывают, что для обычных бризант-
ных ВВ при r
= 0,85…1,15 г/см3 значение k ≈ 3.
0
В дальнейшем различные ученые также пытались опреде-
лить значение k для конденсированных ВВ. Я.Б. Зельдович и
А.С. Компанеец получили значения k = 2,8…3,0.
Весьма простой способ определения значения k, предложен-
ный Г.И. Покровским и К.П. Станюковичем, состоит в следующем. Известно, что при распространении детонации по достаточно длинному заряду направление разлетающихся продуктов
взрыва составляет некоторый угол φ с перпендикуляром к оси
заряда (рис. 31.1).
Рис. 31.1. Схема движения взрывных газов при взрыве удли-
ненного заряда ВВ
Можно принять, что
tg ,
j=
u
где w – скорость движения продуктов взрыва за фронтом дето-
нации, направленная по оси заряда;
u – скорость разлета продуктов взрыва из поверхностного
слоя заряда, направленная перпендикулярно к оси заряда.
145
Поскольку
12
1
Du D
k
−
11
−
−j
w= =
k
, ,
1
+
k
2
то
k
tg , .
j= =
k
2 1 2tg
k
Таким образом, экспериментальное определение сводится
к измерению угла j. Этот угол может быть измерен различными способами. Можно, например, взорвать удлиненный заряд
ВВ в виде буквы Г на алюминиевой пластинке. При инициировании взрыва такого заряда с одного из его концов окажется,
что после взрыва на листе металла помимо заряда отпечатывается линия, идущая внутри угла и отклоняющаяся от биссектрисы этого угла как раз на угол j (рис. 31.2).
Рис. 31.2. Схема движения газов при взрыве заряда ВВ, име-
ющего форму буквы Г
Л.Ф. Докучаевым были проделаны многочисленные опыты
по описанной схеме, которые дали значения k = 2,85…3,00.
Ф.А. Баум и Б.И. Шехтер также провели экспериментальную
проверку и установили для гексогена (r
для тротила (r
= 1,61 г/см3) k = 3,20.
0
146
= 1,6 г/см3) k = 3,17;
0
Таким образом, было показано, что для существенно раз-
4
20
3
4
cD
2 02
pD=rw
личных по своим свойствам ВВ показатель k близок к 3. Поэтому для общей характеристики процесса расширения продуктов
детонации, а также для приближенного расчета параметров на
фронте детонационной волны в дальнейшем можно пользоваться значением k = 3. Тогда основные соотношения для детонационной волны примут следующий вид:
2
Dpr
0
=
2
r= r
2
2
;
4
;
1
;4Dw=
3
.
=
Между давлением, скоростью детонации и скоростью движения продуктов взрыва за фронтом детонационной волны существует связь, выражаемая уравнением
.
Подсчет по этим формулам дает возможность получить
представление об основных параметрах детонационных волн
различных ВВ.
В табл. 31.2 приведены параметры детонационных волн некоторых взрывчатых веществ.
Тротил прессованный 1600 7000 1750 2133 19,6
Тетрил 1630 7460 1865 2173 22,7
Тэн 1690 8340 2085 2253 29,4
Параметры детонационных волн
3
ВВ
, кг/м
0
r
Плотность ВВ,
Скорость детона-
147
ции, D, м/с
Скорость про-
дуктов детона-
Таблица 31.2
3
, м/с
2
ции, w
дуктов детона-
Плотность про-
, кг/м
2
в плоскости
ции, r
Давление волны
Чепмена – Жуге,
, ГПа
2
p
( )
2 1,D kQ
Окончание табл. 31.2
3
3
ВВ
Порэмит 1А 1250 5000 1250 1667 7,8
Аммонит 6ЖВ 900 4800 1200 1200 5,2
, кг/м
0
r
Плотность ВВ,
ции, D, м/с
Скорость детона-
, м/с
2
ции, w
Скорость про-
дуктов детона-
Плотность про-
, кг/м
2
в плоскости
ции, r
дуктов детона-
Давление волны
Чепмена – Жуге,
Современные методы экспериментальных исследований позволяют опытным путем определить скорость детонации ВВ,
скорость движения продуктов детонации в детонационной волне и длину зоны химического превращения ВВ.
Скорость детонации конденсированных взрывчатых веществ. Важнейшим параметром взрывчатых веществ является
скорость детонации, которая служит одной из характеристик,
определяющих разрушающее действие взрывчатых веществ
при их практическом применении.
Изучение зависимости скорости детонации от свойств ВВ
и условий взрыва позволяет сделать важные выводы о механизме детонации. Точные значения скорости детонации, легко
получаемые опытным путем, используются для вычисления
других параметров взрывчатого превращения.
Для расчета скорости детонации конденсированных ВВ
имеет место точно такая же формула, как и для газов:
= −
2
, ГПа
2
p
где k – показатель изоэнтропы;
Q – удельная теплота взрыва, Дж/кг.
Указанная формула применима к конденсированным ВВ, как
об этом предупреждает Я.Б. Зельдович, только при одной предель-
ной плотности ВВ, при которой энергия химического превращения полностью переходит в упругую энергию сил межмолекулярного взаимодействия, без повышения температуры.
Однако выраженная в указанной формуле зависимость позволяет приближенно при любой плотности находить скорость
148
детонации ВВ, теплота взрыва которых известна, по уравнению
Q
DD
=
эт
,
Q
эт
где Q – удельная теплота взрыва ВВ, для которого рассчиты-
вается скорость детонации;
и Qэт – скорость детонации и теплота взрыва какого-ли-
D
эт
бо ВВ, скорость детонации которого известна при различ-
ной плотности.
Задача 31.1. Найти приближенно скорость детонации гексогена при плотности r
= 1,6 г/см3, зная, что теплота взрыва
0
гексогена Q = 1300 ккал/кг.
Решение
Воспользуемся известными данными для тротила. Теплота взрыва тротила Q
плотности 1,6 г/см
= 1000 ккал/кг, скорость детонации при
эт
3
Dэт = 7000 м/с.
Подставляя эти значения в формулу, найдем скорость детонации гексогена:
Q
DD
= = ≈
эт
7000 8000 .
Q
эт
1300
1000
м/с
Указанным способом можно с удовлетворительной для практики точностью определить скорость детонации большинства
индивидуальных и смесевых ВВ. Однако если в состав ВВ входит алюминий, подсчет приводит к явно завышенным результатам. Доказано, что примесь алюминиевого порошка или пудры,
например к тротилу, значительно повышает энергию взрыва и в
то же время приводит к снижению скорости детонации.
Также для определения скорости детонации можно воспользоваться полуэмпирическими методиками расчета.
149
32. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
К ИНИЦИИРОВАНИЮ ДЕТОНАЦИИ
Любые взрывчатые вещества – это достаточно неустойчивые в термодинамическом смысле системы, и для того чтобы
произошел взрыв, необходимо оказать на ВВ внешнее воздействие, способное вывести его из равновесия.
Начальным импульсом называется определенное внешнее
воздействие, оказываемое на взрывчатое вещество и приводящее к его взрывчатому превращению (горению, взрыву или детонации).
Возбуждение, или инициирование, взрыва химического
взрывчатого вещества можно осуществлять различными способами.
Например, в военном деле схемы инициирования чаще всего
основаны на ударном действии: боек ударяет по капсюлю, инициирующее вещество взрывается и воспламеняет порох в патроне или снаряде (рис. 32.1).
Рис. 32.1. Унитарный патрон стрелкового оружия (ударное
инициирование)
Капсюль – это маленькая лепешечка на дне патронной гильзы. Лепешечка наполнена ударным порохом – смесью гремучей
ртути, пороховой мякоти и бертоллетовой соли (или селитры).
150
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]