1.3 Теплота и температура взрыва

Под теплотой взрывчатого превращения (или взрыва) понимают теплоту, которая выделяется при взрыве 1 кг ВВ.

Теплота взрыва зависит от типа ВВ и состава продуктов его разложения. Определяется она как разность известных из справочников теплоты образования продуктов взрыва Q_пв и теплоты образования ВВ Q_ВВ, тоесть:

Q_взр = Q_пв – Q_вв. (1)

Теплота взрыва большинства ВВ находится в пределах 3200-6600 кДж/кг, или 2900-10000 кДж/л. Сравнивая с теплотой сгорания 1 кг, например, угля или бензина (соответственно 33600 и 42000 кДж), видно, что при взрыве энергии выделяется в 5-12 раз меньше. Однако если рассчитать те­плоту горения 1 кг смеси топлива с кислородом, то разница становится меньше, но еще достаточно ощутимая – полтора-три раза. Поэтому очевидно, что огромное разрушающее действие взрыва обусловлено только громадной его мощностью, которая, например, при взрыве всего 200 г аммонита № 6ЖВ превышает 1,1 ГВт (1,5 млн. л. с.) за счет скорости реализации энергии.

Температура взрыва характеризуется максимальной тем­пературой, до которой нагреваются продукты взрыва. При этом процесс взрыва принимается адиабатическим.

Температура газов взрыва t=Q_взр/C_υ, средняя теплоемкость всех продуктов взрыва при постоянном объеме в интервале температур от 0 до t, кДж.

Значение теплоемкости в зависимости от температуры может быть определено по формуле Cυ = а + bt, где а и b коэффициенты найденные опытным путем. Подставив значение C_υ в формулу и преобразовав уравнение, получим:

Температура T_взр характеризует температуру, при кото­рой образуются газы и начинается работа взрыва. Среднее давление взрыва, т. Е. давление продуктов реакции в объеме ВВ при мгновенном его превращении:

P_взр=Q_взр(к−1)∙427/V−a∙9,8, (2)

где V — удельный объем ВВ, см³/кг;

а – несжимаемая часть газов (коволюм), см³/кг;

k – показатель изотопы расширения газов;

427/9,8 – численный коэффициент перевода тепловых единиц в механические.

Величину а при не очень высоких давлениях принимают равной 0,001 объема газов (V₀) при атмосферном давлении и температуре 0°С.

Давление Р_взр, развивающееся при взрывах различных ВВ, может достигать от 0,3–0,5 до 15–20 ГПа и выше, что возможно благодаря огромным скоростям протекания самоускоряющихся реакций.

1.4 Объем газов при взрыве

Объем газов при взрыве определяется по реакции взрывчатого разложения ВВ на основе закона Авогадро, согласно которому объем, занимаемый одной граммолекулой различных газов при 0°С и давлении 0,1 МПа, равен 22,42 л (0,02242 м³).

Объем газов, образуемых при взрыве 1 кг ВВ, имеет вид

V=22,42(n₁+n₂+n₃+…n_n)∙1000/m₁M₁+m₂M₂+m₃M₃+…+m_nM_n; (3)

где n_ь n₂, n₃, .. . , n_п – число грамм-молекул газообразных продуктов взрыва; m₁, m₂, m₃, …, т_п – число грамм-молекул составных частей ВВ; М_ь М₂, М₃, …, М_п – молекулярная масса составных частей ВВ.

1.5 Давление газа при взрыве

Давление газа при взрыве 1 кг ВВ может быть определено исходя из объединенных законов Бойля–Мариотта и Гей-Люссака:

P=P₀V₀T/273V, (4)

где Р₀ – давление газов при температуре 0°С и давлении 0,1 МПа;

V₀ – объем газов взрыва 1 кг ВВ при 0°С и давление 0,1 МПа, м³;

T – температура взрыва, ⁰К;

V – объем зарядной камеры, м³.

Эта общая формула действительна лишь для идеальных газов. При фактических плотностях заряжания ВВ (500-1000 кг/м³) заметную роль начинает играть собственный объем молекул (коволюм) продуктов взрыва, который для практических расчетов принимается равным (при взрыве 1 кг ВВ) α=0,001V_о. Кроме того, заменив в формуле объем V на плотость ВВ, окончательно получим

P=P₀ V₀ T/273(1/Δ- α). (5)

Определим давление газов при взрыве 1 кг, например, динафталита, учитывая, что при этом образуется 0,92 м³ газов и что температура взрыва равна 3000 К.

Давление газов при плотности ВВ А=800 кг/м³

P= 273(1-0,920∙0,001∙800) =3.2 ∙10⁸ Па.