五.炸药的爆热
炸药的爆热可根据盖斯定律求出。
在标准状态下,由产物和生成物的生成焓,即可求出反应的等压反应热
炸药的爆炸过程近似等容过程,所以由热力学第一定律和克拉伯龙方程可得等容反应热。
一般所说的爆热为炸药爆炸反应的等容反应热的绝对值。
例:
六.炸药的爆温
爆温的理论计算
为使计算简化,可以假设:
⑴爆炸反应时间很短,在此时期内爆炸产物来不及膨胀,因而可以认为爆轰过程是等容过程。
⑵爆炸过程进行得很快,爆炸过程放出的热量全部用来加热爆炸产物,因而可以看作是绝热过程。
⑶爆炸产物的摩尔热容只是温度的函数,而与爆炸时所处的压力等其它条件无关。
但要注意:该假设对计算高密度炸药爆温有一定的误差。
根据上述假定,炸药爆热与爆温的关系可以写为:
式中,TB为炸药的爆温,K;T0为炸药的初温,取298K;t为爆炸产物从T0到TB的时间间隔,即净增温度,它的数值与采用的温标K或℃无关;cV为炸药全部爆炸产物在温度间隔0~t内的平均摩尔热容,J·mol-1·K-1。
摩尔等容热容与温度的关系为:
式中,ai,bi,ci,di是与产物组分有关的常数。对于一般工程计算,上式仅取前两项,即认为平均分子热容与时间间隔t为线性关系:
由此可见,只要知道炸药的爆炸反应方程式或爆炸产物的组分,每种产物的平均分子热容和炸药的爆热,就可以求出该炸药的爆温。
爆炸产物的平均摩尔等容热容一般采用卡斯特(Kast)平均摩尔等容热容式(见表6-1)来计算。
例:
七.炸药的爆速
1.Kamlet法(N-Q-M公式)
该公式用于计算一般的CHON系列炸药是比较精确的,它的使用范围是装药密度大于1g·cm-3。其计算公式如下。
对于CaHbOcNd类炸药,有:
式中,p为C-J面爆压,GPa;D为C-J面爆速,km·s-1;ρ0为炸药的装药密度,g·cm-3;N为每克炸药所生成气态爆轰产物的物质的量,mol·g-1;M为气态爆轰产物的平均摩尔质量,g·mol-1;φ为炸药的特征值;Q为每克炸药的最大等压爆热,J·g-1。
根据上面的方程组就可以求得爆速和爆压。CaHbOcNd类炸药的N,M,Q值的计算分为三种情况,这是因为在规定爆炸产物组成时是以最大放热原则来计算的:氧首先与氢反应生成水,剩余的氧再与碳生成二氧化碳,多余的氧则以氧分子存在,若有多余的碳,则以固体炭形式存在。
⑴ 当c≥2a+0.5b时,多余的氧以氧分子存在。此时的爆炸反应方程式为:
CaHbOcNd→aCO2+0.5bH2O+0.5(c-2a-0.5b)O2+0.5dN2
炸药的摩尔质量Mre=12a+b+16c+14d
式中,ΔHfθ为炸药的生成焓,kJ·mol-1。
⑵ 当0.5b≤c<2a+0.5b时,氧不足,有多余的碳,因此炸药爆炸反应方程式为:
CaHbOcNd→0.5(c-0.5b)CO2+0.5bH2O+0.5dN2+(a-0.5c+0.25b)C
⑶ 当0.5b>c时,氧极其不足,仅将部分氢氧化成水,还有部分氢存在,碳完全没有被氧化,全以固体炭存在。此时的爆炸反应方程式为:
CaHbOcNd→aC+cH2O+0.5(b-2c)H2+0.5dN2
例:
虽然该方法简单,准确(估算值与实测值之差一般在3%以内)。但应用范围有限,当炸药的装药密度和生成焓未知时,不能应用。另外使用该方法计算硝酸酯,叠氮化物,硝基胍炸药的爆速误差较大。
炸药的爆热可根据盖斯定律求出。
在标准状态下,由产物和生成物的生成焓,即可求出反应的等压反应热
炸药的爆炸过程近似等容过程,所以由热力学第一定律和克拉伯龙方程可得等容反应热。
一般所说的爆热为炸药爆炸反应的等容反应热的绝对值。
例:
六.炸药的爆温
爆温的理论计算
为使计算简化,可以假设:
⑴爆炸反应时间很短,在此时期内爆炸产物来不及膨胀,因而可以认为爆轰过程是等容过程。
⑵爆炸过程进行得很快,爆炸过程放出的热量全部用来加热爆炸产物,因而可以看作是绝热过程。
⑶爆炸产物的摩尔热容只是温度的函数,而与爆炸时所处的压力等其它条件无关。
但要注意:该假设对计算高密度炸药爆温有一定的误差。
根据上述假定,炸药爆热与爆温的关系可以写为:
式中,TB为炸药的爆温,K;T0为炸药的初温,取298K;t为爆炸产物从T0到TB的时间间隔,即净增温度,它的数值与采用的温标K或℃无关;cV为炸药全部爆炸产物在温度间隔0~t内的平均摩尔热容,J·mol-1·K-1。
摩尔等容热容与温度的关系为:
式中,ai,bi,ci,di是与产物组分有关的常数。对于一般工程计算,上式仅取前两项,即认为平均分子热容与时间间隔t为线性关系:
由此可见,只要知道炸药的爆炸反应方程式或爆炸产物的组分,每种产物的平均分子热容和炸药的爆热,就可以求出该炸药的爆温。
爆炸产物的平均摩尔等容热容一般采用卡斯特(Kast)平均摩尔等容热容式(见表6-1)来计算。
例:
七.炸药的爆速
1.Kamlet法(N-Q-M公式)
该公式用于计算一般的CHON系列炸药是比较精确的,它的使用范围是装药密度大于1g·cm-3。其计算公式如下。
对于CaHbOcNd类炸药,有:
式中,p为C-J面爆压,GPa;D为C-J面爆速,km·s-1;ρ0为炸药的装药密度,g·cm-3;N为每克炸药所生成气态爆轰产物的物质的量,mol·g-1;M为气态爆轰产物的平均摩尔质量,g·mol-1;φ为炸药的特征值;Q为每克炸药的最大等压爆热,J·g-1。
根据上面的方程组就可以求得爆速和爆压。CaHbOcNd类炸药的N,M,Q值的计算分为三种情况,这是因为在规定爆炸产物组成时是以最大放热原则来计算的:氧首先与氢反应生成水,剩余的氧再与碳生成二氧化碳,多余的氧则以氧分子存在,若有多余的碳,则以固体炭形式存在。
⑴ 当c≥2a+0.5b时,多余的氧以氧分子存在。此时的爆炸反应方程式为:
CaHbOcNd→aCO2+0.5bH2O+0.5(c-2a-0.5b)O2+0.5dN2
炸药的摩尔质量Mre=12a+b+16c+14d
式中,ΔHfθ为炸药的生成焓,kJ·mol-1。
⑵ 当0.5b≤c<2a+0.5b时,氧不足,有多余的碳,因此炸药爆炸反应方程式为:
CaHbOcNd→0.5(c-0.5b)CO2+0.5bH2O+0.5dN2+(a-0.5c+0.25b)C
⑶ 当0.5b>c时,氧极其不足,仅将部分氢氧化成水,还有部分氢存在,碳完全没有被氧化,全以固体炭存在。此时的爆炸反应方程式为:
CaHbOcNd→aC+cH2O+0.5(b-2c)H2+0.5dN2
例:
虽然该方法简单,准确(估算值与实测值之差一般在3%以内)。但应用范围有限,当炸药的装药密度和生成焓未知时,不能应用。另外使用该方法计算硝酸酯,叠氮化物,硝基胍炸药的爆速误差较大。