3.1. Термодинамические расчеты основных характеристик смесевых взрывчатых веществ на основе продуктов переработки нефелина

Взрывчатые характеристики ВВ (объем газов при взрыве, теплота взрыва, скорость детонации, давление при взрыве) представляют собой физико-химические константы. Эти характеристики возможно получить с помощью натурных экспериментов, но такие эксперименты опасны, требуют применения специального оборудования, дороги и трудоемки. Поэтому для новых взрывчатых составов их, как правило, с достаточной точностью определяют расчетными методами.

Для определения взрывчатых характеристик ВВ используются различные методы: Бринкли-Вильсона [1], термодинамический [109], Авакяна [110], Шведова [111]. Они отличаются в основном допущениями по составу выделяющихся продуктов взрыва. Предложен также метод, не учитывающий при расчетах состав продуктов взрыва – метод Кэмлета [112].

В соответствии с известными методами состав ВВ представляется в виде общей эмпирической формулы С_СН_HО_ОN_N и т.д. Состав же продуктов взрыва в этих методах принимается различным.

По Бринкли-Вильсону принимается, что кислород ВВ идет на окисление водорода до воды, углерода до оксида углерода, а затем до диоксида углерода. Если кислорода не хватает для полного окисления углерода до оксидов, то принимается, что он в продуктах взрыва будет находиться в виде сажи. Если количество кислорода в системе избыточно, то углерод полностью окисляется до диоксида, а остаток кислорода выделяется в свободном виде. Таким образом, основными продуктами взрыва должны быть: Н₂О; С; СО₂; СО; О₂; N₂. Метод Бринкли-Вильсона используется, в основном, для вычисления взрывчатых характеристик индивидуальных ВВ: тротила, тэна, гексогена, тетрила и др.

Термодинамический метод учитывает равновесные обменные реакции между продуктами взрыва, например:

СО + Н₂О  СО₂ + Н₂,

2СО  СО₂ + С,

N₂ + O₂  2NO,

2NO + O₂  2NO₂,

N₂ + 3H₂  2NH₃.

Таким образом, термодинамический метод расчета учитывают возможность присутствия в продуктах взрыва дополнительно: аммиака, водорода, оксидов азота и других продуктов в зависимости от учитываемых равновесных реакций. Концентрации веществ в этих реакциях зависят от температуры и давления взрыва. Учет этих параметров приводит к значительному усложнению расчетов и их громоздкости.

Метод Авакяна характеризуется тем, что расчет ведется по эмпирическим формулам, выведенным автором с учетом кислородного коэффициента -А:

%.

Для ВВ, у которых А  100 %:

Q_v= K(94C + 28,75H) – Q_обр.ВВ .

Для ВВ, у которых А 100 %:

Q_v= K(47C + 5,25H) – Q_обр.ВВ ,

где Q_v – теплота взрыва при постоянном объеме, ккал/кг,

Q_обр.ВВ – теплота образования ВВ, ккал/кг,

К = 0,32А^0,24 – коэффициент реализации максимально возможной теплоты взрыва.

Реальная теплота образования продуктов взрыва связана с максимально возможной теплотой продуктов взрыва через коэффициент "К":

Q_пр.взр.= KQ_{пр.взр. max} , ккал/кг,

поэтому расчеты по методу Авакяна дают завышенные результаты вследствие изначального завышения теплоты продуктов взрыва (Q_{пр.взр. max}).