4 Коллоквиум

2.7 Разрушающие действия взрыва

Работа взрыва в зависимости от условий и свойств ВВ может проявляться в разнообразных формах. Полная работа взрыва или полная работоспособность представляет собой сумму всех форм механической работы взрыва. Среди них есть полезные формы и бесполезные, т.е. по существу потери.

Формы работы взрыва:

- сильное дробление, измельчение и сильнейшая пластическая деформация среды, например оболочки, горной породы – ;

- образование и распространение в границе сейсмических волн – ;

- выброс части грунта и образование воронки выброса – ;

- образование и распространение воздушных УВ – .

Полная работа составляет часть полной энергии:

– полный КПД взрыва, = 0,6 – 0,7.

Метод оценки полной работы был предложен И.М. Чельцовым.

Если газ, обладающий внутренней энергией u, расширяется, производя работу, то согласно I - закону термодинамики:

.

Уменьшение внутренней энергии равняется количеству тепла, сообщенного в процессе расширения окружающей среде , и произведенной при этом работе .Процесс расширения газов взрыва происходит настолько быстро, что его можно считать адиабатическим, т.е. идущим без теплообмена со средой. используя предположения о адиабатическом расширении газов работа взрыва определяется следующим образом

При .

Для конечной величины работы, соответствующей конечному уменьшению температуры, имеем:

, (1)

где – начальная (max) температура взрыва

– температура газов к концу расширения

– средняя теплоемкость в интервале температур от до

Предположим, что = 0 ( в реальных условиях расширение до = 0 неосуществимо); тогда полная максимальная работа :

(2)

где – теплота взрыва,

290 – внутренняя энергия газа при стандартной температуре

15 – 20 °С или 290 К.

Величину – максимальную работу, которую могут совершить газы взрыва при условии, что в механическую работу превращается без остатка вся их внутренняя энергия - называют потенциалом ВВ.

Значение 290 = 3 – 5 % , поэтому ей можно пренебречь,

.

Выражение для работы адиабатического расширения и молей газа может быть записано следующим образом (3):

(3)

, - температура продуктов взрыва до и после расширения.

Исходя из уравнения адиабаты и уравнения состояния идеального газа, находим

(4)

где и – начальный и конечный объём газов, м ³.

и - начальное и конечное давление газов, кПа.

Следовательно

(5)

Это уравнение даёт следующие выводы.

а) При

т.е. работоспособность ВВ приближается к величине потенциала .

б) Так как

то чем меньше теплоёмкость продуктов взрыва, тем больше и тем меньше

Следовательно, тем больше работа взрыва .

в) Так как теплоёмкость растёт с увеличением числа атомов в молекуле, то чем больше двухатомных газов, тем больше объём продуктов взрыва.

г) Чем больше в продуктах взрыва твёрдых веществ, обладающих большой теплоёмкостью, тем больше общая теплоёмкость продуктов взрыва и меньше работоспособность :

.

Разность определяет потерянную теплоту, представляющую собой то тепло, которое остаётся в продуктах взрыва по достижении ими атмосферного давления.

Определение: Работоспособностью называют полную работу, отнесённую к единице веса ВВ.