Упрощенный метод расчета энергетических характеристик (метод Де-Поу)

В первоначальном варианте метод разработан Де-Поу, который исходил из того, что при добавлении в состав пороха одного процента какого-либо вещества, теплота взрывчатого превращения (калорийность) должна изменяться на одну и ту же, постоянную для данного вещества, величину. По данному методу пропорционального суммирования, можно определить калорийность Q_V(ж) и удельный объем газообразных продуктов горения W₁. Кроме того, по результатам расчета Q_V(ж) и W₁, модно находить равновесную температуру процесса горения и силу композиции.

Расчет энергетических характеристик заключается в пропорциональном суммировании так называемых термохимических констант веществ. В этом случае величина калорийности рассматривается как суммарный тепловой эффект, который складывается из отдельных тепловых эффектов, возникающих в результате участия в горении определенных количеств его компонентов.

Термохимической константой вещества β принято называть величину изменения калорийности, вызываемую введением в его состав одного процента (10 г на 1 кг) данного вещества.

Теплота взрывчатого превращения в этом случае определяется по зависимости:

где а_i – массовая доля i-го компонента в составе; β_i – термохимическая константа i-го компонента.

Использование метода пропорционального суммирования возможно при выполнении следующих двух условий:

1. Величина β для каждого компонента не изменяется с изменением состава и его калорийности.

2. Изменение Q_W(ж), вызываемое наличием в нем данного компонента, аддитивно.

Термохимическую константу β любого компонента можно рассчитать, если известен состав продуктов взрывчатого превращения данного компонента. Состав продуктов взрывчатого превращения компонентов обычно находят, используя приближенные методы написания реакции.

Для взрывчатых систем с нулевым или положительным кислородным балансом обычно применяют правило наибольшего выделения тепла (принцип Бертло), в соответствии с которым при взрыве образуются только продукты полного окисления СО₂, Н₂О и N₂.

Для взрывчатых систем с отрицательным кислородным балансом, но когда кислорода достаточно для полного газообразования, довольно успешно применяют метод Малляра и Ле-Шателье, в соответствии с которым кислород, содержащийся в молекуле взрывчатой системы, сначала окисляет углерод до СО, а затем остаток кислорода делится поровну, между Н₂ и СО, окисляя их соответственно до Н₂О и СО₂.

Для взрывчатых систем, в продуктах горения которых содержится углерод, следует использовать метод Бринкли-Вильсона. Суть этого метода состоит в том, что при двухстадийном написании уравнения реакции нужно сначала весь водород окислить до Н₂О, а затем остаток кислорода последовательно израсходовать на окисление углерода до СО и СО₂.

Следует также учитывать, что если в продуктах распада молекулы данного компонента имеется свободный кислород или свободный углерод, то последние вступают во взаимодействие с продуктами реакции:

В общем виде расчет коэффициента β может быть представ­лен следующей формулой

,

(4.23)

где – количество молей соответствующих газов и количество грамм-атомов углерода в продуктах взрывчатого превращения 1 моля вещества (компонента); – теплота образования вещества (компонента), кДж/моль; m – количество молей газов, образовавшихся в результате всех реакций, в которых участвует 1 моль данного компонента; М – молекулярная масса вещества (компонента).

Аналогично величине калорийности по методу пропорционального суммирования можно определить удельный объем продуктов горения

(4.24)

где W_i – коэффициент, равный величине изменения удельного объема газообразования, возникающего вследствие введения в состав одного процента i-го компонента.

Значения коэффициента W_i для различных веществ могут быть определены по зависимости

,

(4.25)

где N_C, N_H, N_N - количество грамм-атомов углерода, водорода и азота в условной формуле 1 кг композиции.

Значения коэффициентов β_i и W_i для некоторых компонентов приведены в приложении 2.

Вычисление температуры продуктов горения композиции (Т_Г, К) производится по эмпирическим формулам:

для нитроглицериновых композиций:

К;

(4.26 а)

для пироксилиновых композиций:

К;

(4.26 б)

для дигликолевых композиций:

К;

(4.26 в)

Сила f и коволюм α определяются по формулам, приведенным выше при рассмотрении основного метода расчета.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: