Теплота́ взры́ва ( удельная энергия ) или теплота взрывчатого превращения — количество тепла , выделяемое при взрывчатом превращении 1 моля или 1 кг взрывчатого вещества , является одной из существенных характеристик взрывчатого вещества ; это один из тепловых эффектов в теории взрывчатых веществ наряду с теплотой образования и теплотой сгорания взрывчатых веществ . Количество тепла, выделяющееся при взрыве единицы массы (кг, г), называют удельной теплотой взрыва, при взрыве 1 моля вещества — молярной теплотой взрыва.

Также теплотой взрыва называют общий тепловой эффект химических реакций во фронте детонационной волны и реакций, длящихся при адиабатическом расширении продуктов взрыва по завершении реакций .

Единицы измерения: ккал/кг , кДж /кг , ккал/моль , Дж/моль , Дж/кг .

В формулах, как правило, обозначается Q _в или Q _взр .

Теплота взрыва используется для определения способностей того или иного взрывчатого вещества .

Расчет и определение теплоты взрыва

Теплоту взрыва определяют:

• экспериментально в калориметрических установках;
• расчётными способами (теоретически) .

Показатели теплоты взрыва, определяемые опытным путём, в настоящее время достигают точности 0,1 % . В качестве типовых условий используют температуры 0 °C и 18 °C, давление 10 ⁵ Па .

Теоретический расчёт теплоты взрыва возможен в случае наличия точной информации о составе продуктов взрыва, который, в свою очередь, определяется как характеристиками заряда, так и свойствами взрывчатого вещества, а также условиями взрывания . Расчётный способ применяется в тех случаях, когда невозможно провести эксперимент или нужны теоретические данные ещё не синтезированного взрывчатого вещества или взрывчатой системы .

Встречающиеся численные значения теплот взрыва различных веществ принимаются как неизменные для каждого из них, в то же время на эти показатели влияет и характеристика заряда, и условия охлаждения , что приводит к изменению теплового эффекта реакции . Таким образом, теплота взрыва — не постоянная величина, она колеблется в определённых пределах, например, у широко применяемых взрывчатых веществ — от 1000 до 1500 ккал/кг .

Виды теоретических расчётов теплоты взрыва

Уравнение Малляра — Ле Шателье и Бринкли — Вильсона

Теоретический расчёт теплоты взрыва проводится по общим правилам уравнений распада взрывчатых веществ Малляра — Ле Шателье или Бринкли — Вильсона, особенно для взрывчатых веществ с небольшим отрицательным, нулевым или положительным кислородным балансом . Для веществ с отрицательным кислородным балансом применение уравнений Малляра — Ле Шателье недопустимо, так как результат не соответствует показателям, полученным опытным путём, поэтому применяется уравнение Бринкли — Вильсона, где результат больше соответствует экспериментальным теплотам, но даже в этом случае у тротила результаты завышены .

Закон Гесса

Обычно для расчёта теплоты взрыва используют закон Гесса , как основанный на первом начале термодинамики , согласно которому общий тепловой эффект определяется начальным и конечным состоянием системы , то есть в отношении теории взрыва теплота взрыва должна составлять разницу между теплотой образования продуктов взрыва и теплотой образования взрывчатого вещества :

• Q _взр = Σ _qпв – q _вв ,

где Q _взр — теплота взрыва, Σ _qпв — теплота образования продуктов взрыва, q _вв — теплота образования взрывчатых веществ .

• Q _взр = Q ₂ – Q ₁ ,

где Q _взр — теплота взрыва, Q ₂ — теплота образования продуктов взрыва; Q ₁ — теплота образования взрывчатого вещества или его составных частей .

Общая информация

Показатель теплоты взрыва в определённых пределах зависит от толщины и материала оболочки, куда помещен заряд, а с увеличением плотности заряда значения теплоты взрыва повышается по линейному закону .

Теплота взрыва разделяется на:

• теплота детонации (или малая теплота взрыва ) — минимальный средний показатель теплоты, определяющий детонационный режим, выделяясь в детонационной волне и передаваясь ей полностью; её экспериментальное определение до настоящего времени затруднено. Может изменяться от давления в детонационной волне .
• фугасная теплота — теплота взрыва в массивной оболочке. Промежуточная между теплотой детонации и максимальной теплотой . Зависит от плотности заряда и толщины оболочки; изменения зависят от давления внешней среды и газодинамических условий процесса расширения продуктов взрыва .
• максимальная теплота — является константой взрывчатых веществ ввиду того, что определяется исключительно составом взрывчатого вещества, вне зависимости от начального и конечного размеров состояния продуктов взрыва. Позволяет увидеть предельные возможности взрывчатого вещества, в случае, если необходим результат полного превращения химической энергии в тепловую .

Для установления фугасной теплоты взрывчатого вещества на практике используются следующие приёмы:

• метод свинцовой бомбы ;
• метод эквивалентных зарядов;
• метод баллистического маятника ;
• метод баллистической мортиры;
• определение фугасной теплоты по объёму воронки выброса;
• измерение параметров воздушных ударных волн .

Примеры влияния на показатели теплоты взрыва

В случаях детонации плотных зарядов взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом , которые помещены в массивную оболочку, наблюдается дополнительное выделение тепла без увеличения скорости детонации . Так, при взрыве тротила, спрессованного в латунную оболочку толщиной 4 мм, выделяется на 25 % больше энергии (1080 кал/г), чем при взрыве аналогичного по весу и плотности заряда тротила в слабой стеклянной оболочке толщиной 2 мм (840 кал/г). Такой же эффект наблюдается у пикриновой кислоты , , гексогена . При этом увеличение теплоты взрыва за счет уплотнения и оболочки отслеживается только у взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом, у других смесевых взрывчатых веществ с небольшим, нулевым или положительным кислородным балансом ( ТЭН , глицерин ) данный эффект не прослеживается .

Дополнительное выделение теплоты взрыва может зависеть от медленного протекания химических реакций генераторного газа , не усиливающих детонационную волну .

Росту показателя теплоты взрыва способствует приращивание, измеренного для свободных и утяжеленных зарядов импульса детонационной волны .

Примечания

Литература

• Апин A. Я., Велина Н. Ф., Лебедев Ю. А. (рус.) // ПМТФ: Журнал прикладной механики и технической физики. — 1962. — № 5 . — С. 96—106 .
• Архипов В. А., Синогина Е. С. . — Томск: ТГПУ, 2007.
• Грабчак Л. Г., Малышев Ю. Н., Комащенко В. И., Федунец Б. И. Проведение горно-разведочных выработок и основы разработки месторождений полезных ископаемых. — М. : Изд-во Академии горных наук, 1997. — 578 с.
• Дубнов Л. В., Бахаревич Н. С., Романов А. И. Промышленные взрывчатые вещества. — 3-е издание, переработанное и дополненное. — М. : Недра, 1988. — ISBN 5-247-00285-7 .
• Станюкович К. П., Баум Ф. А., Шехтер Б. И. . — Рипол классик, 2013. — 806 с. — ISBN 5458416880 .
• / Сост. П. П. Воднев. — Ульяновск: УВАУГА (И), 2010. — ISBN 978-5-7514-0169-6 .