Идеальная скорость детонации

Идеальная скорость детонации (максимально возможная при заданной плотности ВВ) может быть определена по формуле, предложенной китайскими исследователями [10]:

, м/с, (4.5)

где - плотность ВВ, г/см³,

- так называемое характеристическое произведение теплоты взрыва на объем ПВ, предложенное бертло (1883 г.) для оценки эффективности ВВ

, (4.6)

где - теплота взрыва, ккал/кг;

- объем продуктов взрыва, л.

теплота взрыва в ккал/кг определяется делением значения в кДж/кг на коэффициент 4,19 (механический эквивалент тепловой энергии).

Пример: Определим идеальную скорость детонации гранулита игданита. Объем продуктов взрыва для игданита равен = 0,98 м³/кг или 980 л.

Рассчитывается характеристическое произведение Бертло

= 900×980 = 8,82×10⁵.

Откуда идеальная скорость детонации гранулита игданита

м/с.

В проведенном американскими исследователями уникальном взрыве заряда ANFO диаметром 5,5 м и массой заряда около 109 т идеальная скорость детонации не была достигнута. Измеренная величина скорости детонации составила 4,74 км/с, тогда как расчетная величина равна 5,3 км/с [ ].

Рис. 4.1. Эксперимент по оценке идеальной скорости детонации (США)

4.3. Детонационное давление (давление в точке Чепмена-Жуге) определяется по формуле

, МПа. (4.7)

Для условия , характерного для большинства конденсированных ВВ

, (4.8)

где - детонационное давление, МПа;

- скорость детонации ВВ, м/с;

- плотность ВВ, г/см³.

В табл. 4.2 приведены значения детонационного давления для различных видов ВВ.

Таблица 4.2

Тип ВВ	Плотность, г/см3	Средняя скорость детонации, м/с	Детонационное давление, МПа
По данным компании Nitro Nobel Ltd
Динамиты (Dynamex M)	1,4
ЭВВ (Emulit-150)	1,2
ANFO (AC-ДT) (Prillit A)	0,85
Пенталит (PENT)	1,6
Расчетные значения
ВВВ	1,45
Скальный аммонит №1	1,5
Тротил (литой)	1,66
Гексоген	1,81

4.4. Плотность продуктов взрыва в детонационной волне определяется по формуле

(4.9)

4.5. Массовая скорость движения продуктов взрыва за фронтом детонации определяется выражением

, м/с. (4.10)

Здесь - показатель политропы. Откуда для (большинство бризантных ВВ)

, м/с. (4.11)

Расчетные термодинамические характеристики ВВ (ЭВ)

Теплота горения или взрыва

Одной из важнейших термодинамических характеристик ВВ является теплота взрыва - теплота взрывчатого превращения ВВ (его компонент), определяющая как взрывчатые, так и детонационные характеристики ВВ.

Теплота взрыва представляет собой суммарный тепловой эффект первичных химических реакций, протекающих во фронте детонационной волны, и вторичных равновесных реакций, происходящих при расширении продуктов взрыва после завершения детонации.

В термодинамике (термохимии) взрывчатых веществ различают следующие тепловые эффекты:

- теплота образования – тепловой эффект (экзотермический или эндотермический) при образовании 1 г-моля химического соединения из свободных элементов при стандартных условиях (25°С и 1 атм. = 760 мм р. ст.)[1];

- теплота сгорания – количество тепла, выделяемое при сгорании единицы массы вещества в среде чистого кислорода;

- теплота взрыва – количество тепла при взрыве 1 грамм-моля ВВ или 1 кг ВВ, что чаще используется для практического сравнения энергии взрыва различных ВВ.

Теплота взрыва некоторых ВВ может быть определена опытным путем с помощью калориметрических бомб. Однако экспериментальным путем можно определить теплоту взрыва ВВ, способных детонировать в небольших количествах (50-100 г) от теплового импульса или штатных электродетонаторов (ЭД). Большинство же современных промышленных ВВ не детонируют в небольших количествах и поэтому определение в калориметрических бомбах невозможно. Вследствие этого теплоту взрывчатого превращения таких ВВ определяют расчетным путем.

Теплота же сгорания может быть определена с помощью калориметрической бомбы для любого ВВ. Кроме того, ее можно вычислить теоретически по методу Караша и на ее основе определить теплоту образования ВВ.

Основной сложностью расчета теплоты взрыва является определение истинного состава продуктов взрыва, который значительно изменяется от некоторого начального в самой детонационной волне до конечного состава ПВ послезавершения процесса их расширения.

При расчете теплоты взрыва необходимо определиться с некоторым конечным состоянием ПВ. Обычно рассматриваются два возможных значения , отвечающих следующим состояниям ПВ:

- в начальный момент взрыва, т.е. в самой детонационной волне после завершения реакций взрывчатого превращения ВВ (точка Чепмена-Жуге);

- при расширении ПВ до момента уравнивания их давления с давлением окружающей среды (воздушной, водной, горные породы).

Соответствующие этим состояниям ПВ теплоты условно называются "детонационная" и "фугасная" − (Апин А.Я., Лебедев Ю.А.). Вместе с тем значения этих теплот не являются некоторыми константами, характеризующими энергетику ВВ – детонационная теплота зависит от давления в детонационной волне, а фугасная - от условий протекания процесса расширения ПВ, т.е. от давления внешней среды.

Поэтому в термодинамике ВВ в качестве критерия теплового эффекта взрыва ВВ рассматривается теплота взрыва , соответствующая максимально возможному тепловому эффекту, который достигается при образовании высших окислов горючих элементов в составе ВВ: углерода (C), водорода (H), металлов (Al). является величиной постоянной, определяемой только химическим составом ВВ и не зависящей от начального и конечных параметров состояния ПВ.

Теплотой взрыва называется количество тепла, выделяемое при взрывчатом превращении 1 кг или 1 моля ВВ.