Для каждого промышленного ВВ установлены минимумы таких расстояний (х).

Рис.13 Схема испытания ВВ на передачу детонации.

На грунте укладывают два патрона на расстоянии, указанном в ТУ. Если при двух взрывах отказов не произошло, то ВВ считают выдержавшим испытания. Если произошел отказ, то количество испытаний увеличивают вдвое. При повторном отказе бракуется вся партия ВВ При испытаниях ВВ, поступивших в мешках, изготавливают патроны диаметром 31 ± 1 мм, длиной 200 ± 10 мм при плотности заряда ВВ 0,95-1,05 г/см3. Водоустойчивые ВВ испытывают после их выдержки в воде в течение 1 часа на глубине 1 м.

2.6 Термодинамика процессов горения и взрыва

Работоспособность взрывчатого вещества как источника энергии определяется теплотой взрыва (теплотой взрывчатого превращения). Часто в связи с этим о ВВ говорят как о своеобразной тепловой машине, которая, в конечном счете, превращает потенциальную энергию в механическую работу. В результате взрыва ВВ работу в окружающей среде совершают в процессе расширения нагретые и сжатые продукты взрыва (ПВ). Таким образом, одним из условий взрывчатого превращения является экзотермичность процесса. Тепло, выделяемое при взрыве, сильно влияет на сам характер взрыва, на температуру и давление ПВ, бризантность и работоспособность ВВ.

2.6.1 Тепловой эффект реакции взрыва. Закон Гесса

В инженерной практике определение теплового эффекта реакции взрывчатого превращения производят в соответствии с первым началом (законом) термодинамики и важнейшим законом термохимии - законом Гесса. 

Согласно первому началу термодинамики вся теплота, сообщенная системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы, а также на совершение работы системой: 

Q=U+А или Q=dU+А

где U – внутренняя энергия; А – работа.

Для случая изобарного процесса (при постоянстве давления Р=const) это уравнение, определяющее тепловой эффект реакции взрыва QP, примет вид:

QP=dU+PdV=d(U+PV) или QP=dН

где величина Н=U+PV называется энтальпией. Энтальпия является функцией состояния системы и определяется ее параметрами.

В случае изохорного процесса (при постоянстве объёма V=const) тепловой эффект реакции взрыва равен

Qv=dU или Qv=U(298)=Н(298)-n·R·298

где n – сумма стехиометрических коэффициентов при газовых компонентах в уравнении реакции взрыва; R=8,31 Дж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная.

Для реакций, протекающих в изотермических условиях (при постоянстве температуры Т=const), тепловой эффект вычисляют в соответствии с законом Гесса

rH0298=[nкон(fH0298)кон-nисх(fH0298)исх]

где: fН0298 – стандартные энтальпии образования исходных и конечных веществ (индекс f означает формирование, а r - реакцию), т.е. энтальпии реакции образования 1 моль этих веществ из простых веществ, взятые в форме, устойчивой при нормальных условиях (Р0=101,3 кПа; Т0=298К). Размерность их следующая: кДж/моль или ккал/моль (в более поздней литературе). Эти величины приводятся в справочниках физико-химических величин (см. приложение); n – стехиометрические коэффициенты в реакции.

В настоящее время помимо термодинамической системы знаков существует термохимическая система знаков теплоты и работы. Согласно последней тепловой эффект Q противоположен по знаку изменению энтальпий реакции rH0298:

Q= -rH0298, кДж/моль или Q= -rH0298·n, кДж

где n – число молей вещества. Таким образом, если величина rH0298<0, то реакция протекает с тепловыделением (+Q, -H), и, наоборот, в случае, когда rH0298>0, реакция протекает с теплопоглощением (-Q, +H).

Как следует из закона Гесса, суммарный тепловой эффект некоторой последовательности химических реакций не зависит от пути превращения исходных веществ в конечные продукты, а определяется только начальным и конечным состоянием системы:

Qр=Qпв–Qвв, (1.24)

где Qр - теплота взрывчатого превращения; Qвв, Qпв - теплота образования

ВВ и сумма теплот образования продуктов взрыва соответственно.

В общем виде Закон Гесса можно сформулировать следующим образом: тепловой эффект кругового процесса равен нулю.

При вычислении теплоты образования ВВ обычно рассматривают такие три составляющие системы, рис.14, как взрывчатое вещество (1), продукты взрыва (2) и свободные молекулы химических элементов (3).

Рис.14 Схематическое изображение закона Гесса.

При переходе (1)-->(2) выделится тепло, равное теплоте полного сгорания – Qвв. В случае перехода (2)-->(3) произойдет поглощение тепла, равное сумме теплот образования ПВ – Qпв. Так как переход (3)-->(1) соответствует процессу образования молекул ВВ, то теплота этого процесса равна теплоте взрывчатого превращения - Qр.

Таким образом, в качестве теплоты взрывчатого превращения (Qр=Qвзр) рассматривают количество тепла, выделяемое при взрывчатом превращении одного моля вещества.

Теплотой образования вещества (Qобр=-fH0298) называют количество тепла, которое выделяется или поглощается при образовании одного моля вещества из молекул газов соответствующих элементов (Н2, О2, N2 и т.д.) и простых веществ (С, металл и т.д.). При этом реакции образования могут быть как реальными

так и виртуальными (пример - реакция образования тротила):

В общем виде виртуальная реакция образования ВВ брутто-формулы СaНbОcNd записывается следующим образом:

a·СТВ+(b/2)·Н2+(c/2)·О2+ (d/2)·N2 ---> СaНbОcNd+Qобр

Теплоту образования ВВ Qвв в прямом эксперименте определить невозможно. Величину Qвв рассчитывают с учетом экспериментально найденной стандартной теплоты сгорания данного вещества.

Стандартная теплота сгорания вещества - это количество тепла, выделяющееся при сгорании одного моля вещества в атмосфере избытка кислорода при условии, что углерод и водород образуют при этом высшие

оксиды (СО2, Н2О).

Для ВВ формулы СaНbОcNd реакция сгорания в избытке кислорода может быть представлена следующим образом:

СaНbОcNd+[a+(b/4)+(c/2)]O2 ---> aCO2 +(b/2)H2O(l)+(d/2)N2+Qсгор.

Для бризантных ВВ допустимы небольшие ошибки при оценке Qобр, так как окончательная приемка ВВ производится по натурным испытаниям зарядов: бризантность, разрушение преград, метательные действия, работоспособность и т.д.

В таблице приложения П-1 приведены стандартные энтальпии образования fН0298 некоторых индивидуальных ВВ, горючих, окислителей и продуктов некоторых реакций взрыва, а в таблицах П-2 и П-3 - контрольные задания.

2.6.2 Примеры расчета тепловых эффектов реакций

взрывчатых превращений

Пример 1. Рассчитать тепловой эффект реакции взрывчатого превращения 320 г дымного пороха следующего состава: 75% KNO3, 15% С и 10% S.

Решение. Реакция горения дымного пороха, состоящего из указанных компонентов, имеет вид:

2,38KNO3(s)+4C(s)+S(s)=1,19K2O(s)+SO2(g)+3,95CO(g)+0,05C(s)+1,19N2(g), где 2,38=

; 4=

;

1=

(М – мольные массы, г/моль; m – массы в соответствии с процентным содержанием, г; 320 г – общая масса ВВ).

Дальнейший расчет удобнее производить при помощи таблицы.

Вещество

KNO3(s)

C(s)

S(s)

K2O(s)

SO2(g)

CO(g)