Материал: 2110
Министерство образования и науки Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга
(РЭТЭМ)
УТВЕРЖДАЮ
Зав. каф. РЭТЭМ
__________ В.И. Туев
« » _______2012 г.
Теория горения и взрыва
Методические указания по практическим занятиям и самостоятельной работе
Разработчик: Профессор кафедры РЭТЭМ
__________И.Е. Хорев
« »______2012 г.
2012
СОДЕРЖАНИЕ |
стр. |
1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ |
2 |
2. ОЦЕНКА ФУГАСНОСТИ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА |
2 |
2.1. Расчетные методы оценки фугасности взрывчатого вещества |
3 |
2.2. Экспериментальные методы оценки фугасности взрывчатого |
|
вещества |
4 |
2.2.1. Метод свинцовой бомбы |
4 |
2.2.2. Метод эквивалентных зарядов |
5 |
2.2.3. Метод баллистического маятника |
7 |
2.2.4. Метод баллистической мортиры |
8 |
2.2.5. Оценка фугасности взрывчатых веществ по измеренным |
|
параметрам ударных волн |
10 |
2.2.6. Оценка работоспособности взрывчатых веществ по воронке |
|
выброса |
11 |
3. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА |
15 |
Список используемой литературы |
16 |
1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Основными факторами воздействия продуктов детонации конденсированных взрывчатых веществ на окружающую среду являются их бризантное и фугасное действие.
Бризантность взрывчатого вещества – это его способность к местному разрушительному действию, при котором нагружение среды осуществляется именно продуктами детонации.
Фугасность – это общее действие взрыва на некотором расстоянии от поверхности заряда взрывчатого вещества. Фугасное действие проявляется в совершении работы разрушения или перемещения среды продуктами взрыва в процессе их расширения. В качестве примера можно привести работу, затраченную на разрушение горных пород или выброс грунта. Наряду с термином фугасность используют термин «работоспособность взрывчатого вещества» – полная удельная (на один килограмм взрывчатого вещества) работа взрыва.
2. ОЦЕНКА ФУГАСНОСТИ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА
Ввиду очевидной важности величины фугасности, необходимо проводить ее оценки для каждого конкретного взрывчатого вещества и
2
условия его применения. Такие оценки можно проводить как теоретически, так и экспериментально.
2.1. Расчетные методы оценки фугасности взрывчатого вещества
Теоретической характеристикой работоспособности взрывчатого
вещества служит потенциальная энергия Aмах – наибольшая работа, которую могут совершить газообразные продукты взрыва при их бесконечном адиабатическом расширении:
f
Aмах = Qв = k - 1 ,
где Qв – теплота взрыва, Дж/кг;
k = ср 
сV – показатель адиабаты продуктов взрыва;
ср, сV – удельные теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме, соответственно, Дж/(кг·К);
f – сила взрывчатого вещества, Дж/кг.
Величина f , которая может некоторым образом характеризовать работоспособность взрывчатого вещества (без учета степени расширения), рассчитывается по формуле
|
|
f =RT1 , |
где |
R = ср- сV – газовая постоянная продуктов взрыва; |
|
|
Т1 – |
температура взрыва, К. |
|
При |
адиабатическом расширении газа (без теплопотерь на нагрев |
окружающей среды), работа взрыва A в совершается за счет внутренней
энергии Е = cV T . Если принять, что Т1 – начальная температура (температура взрыва), а Т2 – конечная температура газообразных продуктов взрыва, то для идеального газа работа адиабатического расширения равна:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A = С |
− T |
= |
|
|
1− |
2 |
|
= hA |
|
||||
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
(1.1) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
в |
|
v 1 |
2 |
|
|
k |
−1 |
|
|
T |
|
мax , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
T2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
η = 1 |
− |
|
термодинамический коэффициент полезного действия |
|
|||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
|
T1 |
– |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
взрыва. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
В предельном случае (при T2 → 0 ) |
коэффициент полезного действия |
||||||||||||||||
η = 1 и, соответственно, |
Aв = Амах . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3
Формулу (1.1) можно использовать для грубых оценок, поскольку
точные данные по величине T2 получить трудно. На практике, при совершении работы в виде общего действия взрыва (разрушение значительного объема горных пород, выброс грунта) используются приближенные формулы Чельцова:
|
|
|
|
V |
k −1 |
|
||
|
A = Q 1 |
− |
1 |
|
, |
|||
|
|
|||||||
|
в |
в |
|
|
|
|||
|
|
|
|
V2 |
|
|||
|
|
|
|
P |
|
k −1 |
|
|
|
|
|
k |
|
|
|||
|
A = Q 1 |
− |
2 |
|
, |
|||
|
|
|||||||
|
в |
в |
|
|
|
|||
|
|
|
|
P1 |
|
|||
где V1 , V2 |
– начальный и конечный объем газообразных продуктов взрыва; |
|||||||
р1 – |
начальное давление продуктов взрыва; |
|
||||||
р2 – |
давление продуктов взрыва, |
которое они приобретают после |
||||||
расширения и совершения работы Aв .
Для взрывчатых веществ, продукты взрыва которых будут иметь
приблизительно одинаковый состав, |
величина A в |
пропорциональна |
произведению ηQв . Поэтому работоспособность того или иного взрывчатого |
||
вещества может оцениваться по его теплоте взрыва Qв . При расчете A в по |
||
формулам Чельцова предполагается, |
что величина |
k = const = 1.25. |
Например, для аммонита 6ЖВ расчет по формулам Чельцова дает значение A в= 4,23 МДж/кг. Для взрывчатых веществ более сложных составов, величина k не является константой, а зависит от температуры и давления по сложному закону. Поэтому точно рассчитать работоспособность взрывчатого вещества невозможно и для ее определения используются экспериментальные методы.
2.2. Экспериментальные методы оценки фугасности взрывчатого вещества
Для экспериментальной оценки фугасности (работоспособности) взрывчатого вещества на практике используют следующие методы:
∙Метод свинцовой бомбы.
∙Метод баллистического маятника.
∙Метод баллистической мортиры.
∙Определение объема воронки выброса грунта.
∙Измерение параметров воздушных ударных волн.
2.2.1.Метод свинцовой бомбы
4
Метод свинцовой бомбы наиболее широко применяется для определения относительной работоспособности взрывчатого вещества. Бомба изготавливается по Международному стандарту.
Стандартная бомба (бомба Трауцля) соответствует ГОСТ 4546-81 и представляет собой массивный свинцовый цилиндр с несквозным осевым каналом (рис. 1.1).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
125 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
б) |
Рис. 1.1. Схема свинцовой бомбы: а – |
до испытания; б – после испытания |
Бомба отливается из рафинированного свинца при Т = (390÷400) 0С. На дно канала помещается заряд исследуемого взрывчатого вещества массой 10 г в бумажной гильзе. Свободная часть канала засыпается сухим кварцевым песком (рис. 1.1. а). Заряд взрывчатого вещества инициируется электродетонатором. После взрыва в бомбе образуется характерное вздутие
(рис. 1.1. б).
Расширение бомбы V (см3), за вычетом начального объема канала и расширения, производимого детонатором (30 см3), является мерой относительной работоспособности взрывчатого вещества.
Испытания проводят в стандартных условиях (Т = +100С), используя одинаковые песок и детонатор. При градуировке бомбы в качестве эталонного взрывчатого вещества может служить дважды перекристаллизованный из спирта тротил.
2.2.2. Метод эквивалентных зарядов
Для относительной оценки работоспособности взрывчатых веществ А.Ф. Беляев предложил метод эквивалентных зарядов. Суть метода заключается в определении эквивалентной массы эталонного заряда (например, тротила или аммонита 6ЖВ), производящего такое же расширение, как исследуемый заряд. Одинаковым расширениям V должна соответствовать одинаковая работа взрыва A в.
5