Определение удельной энергии сплава ВВ с флегматизатором — КиберПедия 

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...

История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...

Определение удельной энергии сплава ВВ с флегматизатором

2017-12-21 221
Определение удельной энергии сплава ВВ с флегматизатором 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

 

При добавлении флегматизатора (горючее вещество) в сплав бризантных ВВ получаем сложное ВВ типа СaНbОcNd , где с - число атомов кислорода, а - углерода, b - водорода, d - азота.

Если имеется уравнение взрывчатого разложения, то согласно уравнению Гесса [3,5], можно вычислить удельную энергию смеси ВВ:

, (3.2)

где Qопвi - теплота образования i-го продукта взрыва из исходных элементов

(C,H,O,N);

ni - число молей i-го продукта взрыва;

`k - количество компонентов продуктов взрыва (i= 1,2,3,...,`k);

Qовв j-теплота образования j-го компонента смеси ВВ из исходных элементов (C,H,O,N);

nj - число молей j-го компонента смеси ВВ;

k - количество компонентов смеси ВВ (j=1,2,3,..., k);

Mвв j - молекулярная масса компонента смеси ВВ;

Обычно теплоты образования Qопв i и Qовв j рассматриваются применительно к одному молю ВВ (размерность Дж/моль) в изохорном Qo w или изобарном QOp процессах. Их значения приводятся в соответствующих термохимических справочниках (таблицах) [1,5]. В данном пособии (см. Приложение, табл.3) приведен необходимый фрагмент таблицы, в котором содержатся данные по молекулярной массе М и теплоте образования веществ в изохорном процессе QO w. Теплота образования некоторых простых веществ (H2, N2, O2, кристаллического алюминия Al, углерода (сажи) С и т.д.) принимается равным нулю и поэтому в таблице не указанa.

Существует несколько приближенных методов определения состава газообразных продуктов при взрыве, которые позволяют определять теплоты образования Qопв i [5]. Это принцип Бертло, метод Маляра и Ле Шателье, метод Бринкли-Вильсона и т.д. Мы воспользуемся наиболее простым расчетным методом предложенным Г.А. Авакяном.

Согласно методу, удельная энергия Q w ВВ полностью определяется значением кислородного коэффициента

. (3.3)

Метод основан на следующих допущениях:

1. При взрыве реакция идет с максимальным тепловым эффектом. Это значит, что при взрыве кислород идет на образование молекул СО2 и Н2О. Из табл. 3, Приложения, находим Qосо2=393.86 кДж/моль; QOн2о = 240.93 кДж/моль. При этом допущении

2. В реальных условиях выделяется только часть энергии Qо max, так как при разложении образуются продукты типа C, CO, H2, H и т.д. Следовательно уравнение (3.2) можно переписать:

, (3.6)

где КA - коэффициент реализации, зависящий от кислородного коэффициента А, выраженный в % и апроксимируется следующей зависимостью:

 

. (3.7)

Метод Г.А. Авакяна дает хорошие результаты для большого класса ВВ, у которых А=12... 115%. Ошибка в определении Q w по методу Авакяна не превышает 3.5%. Если кислородный коэффициент находится вне указанного диапазона (А<12% или А>115%), метод применять нельзя. Следует воспользоваться вышеперечисленными методами [5].

Сплавы ВВ представляют сложные смеси, состоящие из нескольких компонентов. Компоненты входят в состав смеси ВВ в процентном отношении. При определении удельной энергии рассматривают 1 кг смеси ВВ. Поэтому знаменатель в выражениях (3.2) и (3.6) представляет брутто-формулу. Молекулярная масса брутто-формулы равна 1000 а.е.м. Сокращая числитель и знаменатель на 1000 получаем в выражении (3.6) следующую формулу:

. (3.8)

При вычислении Q w см., знаменатель записывать не будем.

Определим удельную энергию Q w сплава ВВ с добавлением флегматизатора типа ТГФ (ТГ-50 с 3% церезина).

1. Перепишем состав смеси следующим образом. Умножим процентное содержание тротила и гексогена на относительную массу компонента

,

тогда ТГФ (тротил - 50·0.97=48.5%, гексоген - 48.5%, церезин - 3%).

2. Из табл. 3, Приложения, выписываем химическую формулу, представленную в виде CaHbOcNd, и молекулярную массу веществ Mввj

тротил C7H5O6N3 , MТ = 227 а.е.м.;

гексоген C3H6O6N6 , MГ = 222 а.е.м.;

церезин C45H47 , MЦ = 587 а.е.м..

Молекулярная масса каждого компонента сплава ВВ определяется по химической формуле, как сумма произведений количества атомов соответствующих элементов на их атомную массу (табл. 3.2). Например молекулярная масса церезина равна: Мц = 45·12 + 47·1 = 587 а.е.м..

 

Таблица 3.2

 

Химический знак Элемент Атомная масса а.е.м.
Al Алюминий  
H Водород  
O Кислород  
N Азот  
C Углерод  

 

3. Найдем число молей nj каждого компонента в сплаве ТГФ массой 1 кг:

, (3.9)

где wj - масса j -го компонента в граммах в 1 кг продукта ВВ. Тогда:

nт = 485/227 = 2.137 моля тротила;

nг = 485/222 = 2.185 моля гексогена;

nц = 30/587 = 0.051 моля церезина.

4. Химическая формула 1 кг сплава ТГФ записывается

2.137C7H5O6N3 + 2.185C3H6O6N6 + 0.051C45H47.

По этой формуле находим количество атомов каждого элемента ВВ:

a = 2.137·7 + 2.185·3 + 0.051·45 = 23.809 атомов С;

b = 2.137·5 + 2.185·6 + 0.051·47 = 26.192 атомов Н;

с = 2.137·6 + 2.185·6 = 25.932 атомов О;

d = 2.137·3 + 2.185·6 = 19.521 атомов N.

Брутто-формула 1 кг смеси ВВ имеет вид:

C23.809 H26.192 O25.932 N19.521 .

Ее молекулярная масса МТГФ = 1000 а.е.м.

5. По формуле (3.3) находим значение кислородного коэффициента А в процентах

.

6. По формуле (3.7) определяем коэффициент реализации

7. По формуле (3.5) для А<100% находим максимальную теплоту взрыва ТГФ:

 

.

 

8. Из таблицы 3, Приложения, находим Qот = 42.32 кДж/моль; Qог =-93.44 кДж/моль; Qоц = -185.7 кДж/моль. Подставляя полученные данные в формулу (3.8) и учитывая число молей nj каждого компонента будем иметь:

 

Сравнивая с предыдущим параграфом видно, что зафлегматизированный 3% церезина сплав ТГ-50 дает снижение удельной энергии на 7.65%.

 

Определение удельной энергии сплава ВВ с порошкообразным

алюминием.

 

При добавлении в сплав бризантных ВВ порошкообразного алюминия (горючего вещества) получаем сложное вещество типа CaHbOcNdAlf, где с - число атомов кислорода, b - водорода, а - углерода, d - азота, f - алюминия. Такое ВВ с алюминием обладает повышенной фугасностью действия. Порошкообразный алюминий, после детонации заряда, вступает в реакцию с продуктами взрыва (пары воды, углекислота и окись углерода) и сгорает за счет содержащегося в них кислорода. Эти реакции сопровождаются выделением большого количества тепла, которое не только компенсирует, но и превышает потери энергии вследствии введения в сплав ВВ алюминия, играющего на первой стадии взрыва роль инертной примеси. Поскольку реакция окисления алюминия протекает за пределами зоны детонации, то и выделенное избыточное тепло преобразуется в механическую работу при разлете продуктов взрыва, т.е. в период фугасного действия взрыва. При окислении алюминия образуются раскаленные твердые шлаки Al2O3, которые повышают пламенность взрыва и его зажигательное действие.

Определим кислородный баланс сплава ВВ с алюминиевой пудрой.

Для образования полных оксидов углерода (СО2), водорода (Н2О) и алюминия (Al2O3) необходимо, чтобы выполнялось условие:

.

Тогда кислородный коэффициент будет равен:

. (3.10)

Для определения удельной энергии Q w изменим метод Г.А. Авакяна следующим образом:

1. При взрыве полностью происходит окисление алюминия Al2O3 . Оставшийся кислород разделяется поровну между молекул СО2 и Н2О. Из табл.3, Приложения, дополнительно находим Qo Al2O3 = 1637.32 кДж/моль. При этом допущении максимальная теплота образования:

при А³1; (3.11)

при А<1. (3.12)

2. В реальных условиях выделяется только часть энергии Qо max, так как при разложении образуются продукты типа: нитриды AlN, карбиды Al4C3 алюминия, С, СО, H2, H, и т.д. Теплота образования этих веществ ниже, чем теплота образования Al2O3.

Следовательно максимальную сумму теплот образования можно представить следующим образом КAQо max. Коэффициент реализации КA вычисляется через кислородный коэффициент А (3.10), представленный в процентах, по формуле (3.7).

Удельную энергию вычисляем по формуле (3.8).

В сплав ВВ может добавляться не только алюминий, но и флегматизатор. Методика решения задачи аналогична.

Определим удельную энергию Q w сплава ВВ с порошкообразным алюминием типа ТГАФ [(тротил - 48.5%, гексоген - 48.5%, церезин - 3%) - 80%, алюминий - 20%].

1. Перепишем состав ВВ следующим образом, умножив проценты составляющих сплава на относительную массу компонента 0.8. Тогда сплав примет вид: ТГАФ (тротил - 38.8%, гексоген - 38.8%, церезин - 2.4%, алюминий - 20%).

2. Выписываем из табл. 3, Приложения, и табл. 3.2 химические формулы и молекулярные массы:

тротил C7 H5 O6 N3, MТ = 227 а.е.м.;

гексоген C3 H6 O6 N6, МГ = 222 а.е.м.;

церезин C45 H47, МЦ = 587 а.е.м.;

алюминий Al, МА = 27 а.е.м..

3. Найдем число молей nj каждого компонента в сплаве ТГАФ массой

1 кг по формуле (3.9)

nт = 388/227 = 1.709 моля тротила;

nг = 388/222 = 1.748 моля гексогена;

nц = 24/587 = 0.041 моля церезина;

nА = 200/27 = 7.407 моля алюминия.

4. Запишем химическую формулу 1 кг сплава ТГАФ:

1.709 C7H5O6N3 + 1.748C3H6O6N6 + 1.041C45H47 + 7.407Al. (3.13)

5. Найдем число атомов каждого элемента ВВ в брутто-формуле СaHbOcNdAlf из выражения (3.13):

а = 1.709·7 + 1.748·3 + 0.041·45 = 19.052 атомов С;

b = 1.709·5 + 1.748·6 + 0.041·47 = 20.960 атомов Н;

c = 1.709·6 + 1.748·6 = 20.742 атомов О;

d = 1.709·3 + 1.748·6 = 15.615 атомов N;

f = 7.407·1 = 7.407 атомов Al.

Молекулярная масса брутто-формулы равна МТГАФ = 1000 а.е.м..

6. Из выражения (3.10) находим значение кислородного коэффициента А в %

.

7. По формуле (3.7) определим коэффициент реализации

.

8. По формуле (3.12) для А<100% находим максимальную теплоту взрыва ТГАФ

 

9. Определяем удельную энергию сплава ТГАФ.

 

Из табл. 3, Приложения, находим Qот=42.32 кДж/моль; Qог=-93.44 кДж/моль; Qоц = -185.7 кДж/моль; QоА = 0 кДж/моль.

Подставляя эти данные в формулу (3.8) и учитывая число молей nj каждого компонента будем иметь:

Сравнивая с предыдущим параграфом видно, что добавка 20% алюминия, в зафлегматизированный 3% церезина сплав ТГ-50, приводит к увеличению удельной энергии на 39.6%.


Поделиться с друзьями:

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...

Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...

Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.008 с.