Определение и расчет параметров детонации зарядов ВВ
Страница 3
При применении такого датчика осциллограмма процесса имеет вид, показанный на рис. 9.
Время между двумя пиками на осциллограмме ts представляет время, за которое фронт волны проходит расстояние S от одной ступени датчика до другой.
Зная базу и время, можно определить скорость фронта
Точность измерения лежит в пределах: D— 1%, U—3%, t-10%.
2.1.3. Метод расчета скорости детонации ВВ.
Все существующие методики расчета скорости детонации могут быть условно разделены на две группы: термодинамические и классические
Термодинамические методики основаны на нахождении той или иной зависимости скорости детонации от теплоты взрыва, состава ПД и др. Классические — основаны на решении системы уравнения (см. выше) и законов сохранения условия Чепмена-Жуге и уравнения состояния в той или иной форме.
Как первые, так и вторые методики учитывают в основном лишь свойства ПД и не принимают во внимание тот факт, что фронт детонации (передняя граница зоны химической реакции) распространяется по не прореагировавшему ВВ и, следовательно, скорость детонации может быть в большей степени описана свойствами, заряда ВВ. Предположив, что из .свойств заряда ВВ связанных с распространением по нему детонационного фронта, в первую очередь влияние должны оказывать его волноводные свойства такие, как скорость распространения звука. Произведем оценку параметров детонации через данную характеристику и теплоту взрыва ВВ.
Анализ скорости звука и скорости детонации позволяет .установить некоторые закономерности их взаимосвязи. Разделив влияние упругой и тепловой составляющей давления и энергии на скорость распространения фронта, можно выразить ее через суммарный волноэнергетический фактор. Волновую составляющую данного фактора определяет скорость звука, а тепловую — энерговыделение в зоне химической реакции, определяющее массовую скорость.
Зависимость скорости .распространения ударной волны от скорости звука представляется в виде обобщенной ударной адиабаты
D=1,2Co+1,7Uф (35)
где .С0 — скорость звука в исходном веществе; Uф — массовая скорость на фронте процесса.
Считается, что фронт детонационной волны, распространяющийся по не прореагирующему ВВ, фактически является фронтом ударной волны, а соотношение массовых скоростей на фронте и в плоскости Чепмена-Жуге примерно равно 1,5. Тогда уравнение (35) примет вид
D=1,2Co+2,55U (36)
где U — массовая скорость в плоскости Чепмена-Жуге.
Массовая скорость ПД и максимальная теплота взрыва связаны следующей зависимостью:
(37)
где j — коэффициент реализации максимальной теплоты взрыва
В свою очередь, коэффициент реализации является функцией кислородного коэффициента a и плотности ro.
(38)
Основные характеристики параметров детонации — давление Р и показатель политропы процесса п могут быть определены по следующим формулам:
(39)
(40)
Основной сложностью методов расчета параметров детонации является описание их зависимости от плотности. Как правило, для этого пользуются формулой Кука:
(41)
где— скорость детонации при плотности ro; r — предельная плотность; М — постоянный коэффициент .Таким образом, скорость детонации зависит от максимальной теплоты взрыва, скорости звука и коэффициента реализации. Однако две последние характеристики зависят от плотности. Поэтому расчет скорости детонации для зарядов любой плотности можно вести по следующей формуле:
(42)
Так как рассмотренный метод расчета неплохо описывает влияние плотности на скорость детонации, то представляется возможным с его помощью выразить коэффициент в формуле Кука (41)
(43)
Как видно из выражения (43), данный коэффициент зависит не только от кислородного коэффициента, но и от плотности ВВ, скорости звука и максимальной теплоты взрыва. Данная методика применима для расчета скорости детонации флегматизированных и металлизированных ВВ.
(44)
где b — массовая доля добавки; -расчетная или экспериментально определяемая скорость звука в образцах с помощью ультразвукового дефектоскопа — УД10П; a — кислородный коэффициент; Qm — максимальная теплота взрыва. Скорость звука в смесевых системах может быть определена, исходя из следующего выражения:
(45)
где индекс 01 относится к взрывчатому компоненту, а 02 —к добавке (флегматизатора). Для поликомпонентной смеси скорость звука определяется последовательно, исходя из выражения (45) для бинарных смесей. Объемная скорость звука для металла и кристаллических добавок рассчитывается по продольной Cl и поперечной Ct скоростям звука
(46)
Определим параметры детонации для смеси тротила, парафина и алюминия в соотношениях 70/20/10.
Данные для расчета параметров детонации
Таблица 1.
a
М
r, г/см3
С0, м/с
Qm, Дж*103
Тротил
0,36
227
1,66
2160
5317
Парафин
338
0,92
Алюминий
30
2,7
a
М
r, г/см3
С0, м/с
Qm, Дж*103
Тротил
0,36
227
1,66
2160
5317
Парафин
338
0,92
Алюминий
30
2,7
Составим процентное содержание каждого вещества в смеси:
ТНТ – 70%, Парафин - 20%, Алюминий – 10%
Найдем молекулярное содержание этих компонентов
ТНТ=700/227=3,08 Парафин=200/338=0,59 Алюминий 100/30=3,33
Приближенная реакция взрывчатого превращения данной системы имеет вид
3,08(С7Н5О6N3)+0,59С24Н50+3,33Al
Найдем кислородный коэффициент смеси:
СaHbOcNd C35,72H44,9O18,48N9,24
Скорость звука в веществе парафин
м/c
zi – количество связей zCH=50 zCC=23
ni - энергия связей nCH=95,7 nCC=4,25
М - молекулярная масса
r - плотность
Скорость звука в смесевых системах может быть определена исходя из формулы (45)
СТНТ/Парафин=2160*2347,3 м/c
Рассчитываем скорость для всей смеси
м/c