Räjähdyksen lämpö

Räjähdyslämpö ( ominaisenergia [1] ) tai räjähdysmäisen muunnoslämpö [2] - 1 moolia tai 1 kg räjähdettä räjähdysmäisessä muutoksessa vapautuva lämpömäärä on yksi räjähteen olennaisista ominaisuuksista [3] ; tämä on yksi räjähteiden teorian lämpövaikutuksista yhdessä räjähteiden muodostumis- ja palamislämmön kanssa [4] .

Räjähdyksen lämpö on myös räjähdysaallon edessä olevien kemiallisten reaktioiden ja reaktioiden, jotka jatkuvat räjähdystuotteiden adiabaattisen laajenemisen myötä reaktioiden päätyttyä, yleinen lämpövaikutus [3] .

Mittayksiköt: kcal/kg [3] , kJ /kg [5] , kcal/mol [3] , J/mol [3] , J/kg [3] [6] .

Kaavoissa, jotka on yleensä merkitty Q : lla [6] , Q vzr [3] [7] .

Räjähdyksen lämpöä käytetään määrittämään tietyn räjähteen kyky [6] .

Räjähdyslämmön laskenta ja määritys

Räjähdyksen lämpö määräytyy:

• kokeellisesti kalorimetrisissä laitteistoissa;
• laskentamenetelmillä (teoreettisesti) [3] [8] [9] .

Empiirisesti määritetyt räjähdyksen lämmön indikaattorit saavuttavat tällä hetkellä 0,1 prosentin tarkkuuden [8] . Lämpötilat 0 ° ja 18 °С, paine 10 Pa [9] ovat vakio-olosuhteita .

Teoreettinen räjähdyksen lämmön laskeminen on mahdollista, jos räjähdystuotteiden koostumuksesta on tarkkaa tietoa, jonka puolestaan ​​määräävät sekä panoksen ja räjähteen ominaisuudet että olosuhteet. räjähdys [3] [8] [10] . Laskentamenetelmää käytetään tapauksissa, joissa kokeen suorittaminen on mahdotonta tai teoreettista tietoa tarvitaan vielä syntetisoimattomasta räjähteestä tai räjähdysainejärjestelmästä [8] .

Eri aineiden räjähdyslämpöjen esiintyvät numeeriset arvot pidetään muuttumattomina kullekin niistä, samaan aikaan näihin indikaattoreihin vaikuttavat sekä varauksen ominaisuudet että jäähdytysolosuhteet , mikä johtaa muutokseen reaktion lämpövaikutus [11] . Näin ollen räjähdyslämpö ei ole vakioarvo ja vaihtelee tietyissä rajoissa, esimerkiksi laajalti käytetyillä räjähteillä - 1000 - 1500 kcal / kg [3] [12] .

Räjähdyslämmön teoreettisten laskelmien tyypit

Räjähdyslämmön teoreettinen laskenta suoritetaan sinisorsan  - Le Chatelierin tai Brinkley-Wilsonin räjähteiden hajoamisyhtälöiden yleisten sääntöjen mukaisesti, erityisesti räjähteille, joiden happitase on pieni negatiivinen, nolla tai positiivinen. Aineille, joilla on negatiivinen happitasapaino, Mallard-Le Chatelier -yhtälöiden soveltamista ei voida hyväksyä, koska tulos ei vastaa kokeellisesti saatuja indikaattoreita, joten käytetään Brinkley-Wilson-yhtälöä, jossa tulos vastaa paremmin koelämpöjä. , mutta tässäkin tapauksessa TNT :n tulokset ovat yliarvioituja [13] .

Yleensä räjähdyksen lämmön laskemiseen käytetään Hessin lakia , joka perustuu termodynamiikan ensimmäiseen pääsääntöön , jonka mukaan kokonaislämpövaikutus määräytyy järjestelmän alku- ja lopputilasta [9] , eli Räjähdysteorian suhteen räjähdyksen lämmön tulisi olla räjähdystuotteiden muodostumislämmön ja räjähdysaineen muodostumislämmön välinen ero [3] [7] :

• Q vzr \ u003d Σ qpv - q vv ,

missä Q vzr  on räjähdyslämpö, ​​Σ qpv  on räjähdystuotteiden muodostumislämpö, ​​q vv on  räjähdysaineiden muodostumislämpö [7] .

• Q vzr \ u003d Q 2 - Q 1 ,

missä Q vzr  on räjähdyksen lämpö, ​​Q 2  on räjähdystuotteiden muodostumislämpö, ​​kcal/J; Q 1  on räjähteen tai sen komponenttien muodostumislämpö, ​​kcal/J [3] [9] .

Yleistä tietoa

Räjähdyksen lämmön indikaattori tietyissä rajoissa riippuu sen kuoren paksuudesta ja materiaalista, johon panos asetetaan, ja varaustiheyden kasvaessa räjähdyksen lämmön arvot kasvavat lineaarisen mukaan. laki [13] .

Räjähdyksen lämpö on jaettu:

• räjähdyslämpö (tai alhainen räjähdyslämpö ) - pienin keskimääräinen lämpöindeksi , joka määrittää räjähdysjärjestelmän, joka vapautuu räjähdysaaltoon ja siirtyy siihen kokonaan; sen kokeellinen määrittäminen on edelleen vaikeaa. Se voi vaihdella räjähdysaallon paineen mukaan [10] [13] .
• räjähdysherkkä lämpö  - räjähdyksen lämpö massiivisessa kuoressa. Räjähdyslämmön ja maksimilämmön välissä . Riippuu varaustiheydestä ja kuoren paksuudesta; muutokset riippuvat ulkoisen ympäristön paineesta ja räjähdystuotteiden laajenemisprosessin kaasudynaamisista olosuhteista [10] [13] .
• maksimilämpö  - on räjähteiden vakio, joka johtuu siitä, että se määräytyy yksinomaan räjähteen koostumuksen perusteella, riippumatta räjähdystuotteiden tilan alku- ja loppumitoista. Voit nähdä räjähteen rajoittavat mahdollisuudet, jos kemiallisen energian täydellisen muuntamisen tulos lämpöenergiaksi on tarpeen [10] [13] .

Räjähteen räjähdysherkän lämmön määrittämiseksi käytetään käytännössä seuraavia menetelmiä:

• lyijypommimenetelmä ; _
• vastaavien maksujen menetelmä ;
• ballistinen heilurimenetelmä ;
• ballistinen laasti menetelmä;
• räjähdysherkän lämmön määrittäminen poistosuppilon tilavuuden perusteella;
• ilmanshokkiaaltojen parametrien mittaus [ 6] .

Esimerkkejä vaikutuksista räjähdyslämmön indikaattoreihin

Massiiviseen kuoreen sijoitettujen negatiivisen happitasapainon omaavien räjähteiden tiheiden panosten räjähdyksessä havaitaan lisälämpöä ilman räjähdysnopeuden lisääntymistä , joten TNT:n räjähdyksessä puristetaan 4 mm paksuun messinkikuoreen. , vapautuu 25 % enemmän energiaa (1080 cal/g) kuin painoltaan ja tiheydeltään samankaltaisen TNT-panoksen räjähdyksessä 2 mm paksussa heikossa lasikuoressa (840 cal/g). Sama vaikutus havaitaan pikriinihapossa , tetrynissä ja heksogeenissa . Samaan aikaan tiivistymisestä ja kuoresta johtuvaa räjähdyslämmön kasvua havaitaan vain räjähteissä, joiden happitase on negatiivinen, muissa sekaräjähteissä, joiden happitase on pieni, nolla tai positiivinen ( PETN , glyseroli ) tämä vaikutus on ei havaittu [3] [13] .

Räjähdyslämmön lisäpäästö voi riippua generaattorikaasun hitaasta kemiallisten reaktioiden virtauksesta , jotka eivät lisää räjähdysaaltoa [3] [7] [13] .

Räjähdyslämpöindeksin kasvua edesauttaa vapaille ja painotetuille panoksille mitatun räjähdysaallon impulssin lisäys [13] .

Muistiinpanot

1. ↑ Palamisen ja räjähdyksen teoria, 2010 , s. 154, 156.
2. ↑ Räjähtävän muutoksen lämpö // Raketti- ja tykistötermien sanakirja / Toim. V. M. Mikhalkin . - Moskova: Military Publishing House, 1988. - S. 218.
3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Palamis- ja räjähdysteoria, 2010 , s. 156.
4. ↑ Stanyukovich, Baum, Schechter, 2013 , s. 82.
5. ↑ Palamisen ja räjähdyksen teoria, 2010 , s. 156, 163.
6. ↑ 1 2 3 4 Arkhipov, Sinogina, 2007 .
7. ↑ 1 2 3 4 Dubnov, Bakharevitš, Romanov, 1988 , s. 26.
8. ↑ 1 2 3 4 Stanyukovich, Baum, Shekhter, 2013 , s. 85-86.
9. ↑ 1 2 3 4 Grabchak, Malyshev, Komashchenko, Fedunets, 1997 , s. 84.
10. ↑ 1 2 3 4 Dubnov, Bakharevitš, Romanov, 1988 , s. 29.
11. ↑ Stanyukovich, Baum, Schechter, 2013 , s. 90.
12. ↑ Stanyukovich, Baum, Schechter, 2013 , s. 94.
13. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Apin, Velina, Lebedev, 1962 .

Kirjallisuus

• Apin, A. Ya. Räjähdysenergian täysimääräisestä käytöstä  / A. Ya. Apin, N. F. Velina, Yu. A. Lebedev // PMTF: Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. - Kustantaja Nauka, Siperian sivuliike, 1962. - Nro 5. - S. 96-106.
• Arkhipov, V. A. Palaminen ja räjähdykset. Vaara- ja seurausanalyysi: Opinto-opas. Osa II  / V. A. Arkhipov, E. S. Sinogina. - Tomsk: Kustantaja: TGPU, 2007.
• Grabchak, L. G. Kaivos- ja malminetsintätöiden suorittaminen ja mineraaliesiintymien kehittämisen perusta / L. G. Grabchak, Yu. N. Malyshev, V. I. Komashchenko, B. I. Fedunets. - M.  : Kaivostieteiden akatemian kustantamo, 1997. - 578 s.
• Dubnov, L. V. Teolliset räjähteet / L. V. Dubnov, N. S. Bakharevitš, A. I. Romanov. — 3. painos, tarkistettu ja laajennettu. - M  .: Nedra, 1988. - ISBN 5-247-00285-7 .
• Stanyukovich, K. P. Räjähdysfysiikka  / K. P. Stanyukovich, F. A. Baum, B. I. Shekhter. - Ripol Classic, 2013. - 806 s. — ISBN 5458416880 .
• Palamisen ja räjähdyksen teoria. Luentomuistiinpanot . - Uljanovski: UVAUGA (I), 2010. - ISBN 978-5-7514-0169-6 .