Как уже отмечалось
раннее класическая теория детонации позволяет
рассчитать взрывчатые характеристики вещества
исходя из значений плотности, газовыделения и
теплоты разложения взрывчатого вещества. Все эти
параметри в той или иной степени могут быть
рассчитаны теоретически. Ниже приведен пример
рассчета взрывчатых характеристик нитрата
нитроила (N2O5).
Рассчет
газовыделения
В начале рассчета
необходимо определить уравнение разложения
взрывчатого вещества. В нашем случае разложение
описывается следующим уравнением:
2N2O5
(тв.) = 4NO2 (г.) + O2
Из уравнения
видно, что при разложении 1 моля нитрата нитроила
выделяется 2.5 моля казообразных продуктов.
Исходя из закона Авогадро можно вычислить объем
выделившихся газообразных продуктов. Он равен
произведению числа моль газов на молярный объем
(22.4 л/моль): Vг = Vm * N = 22.4 * 2.5 = 56 л. Cледовательно
при разложении одного моля нитрата нитроила
выделяется 56л газообразных продуктов. Но при
ведении рассчетов пользуются количеством
газообразных продуктов в рассчете на 1 грамм
вещества. Для опеределения этой величины
необходимо определить молярную массу нитрата
нитроила: Mr = 2 * Ar(N) + 5 * Ar(O) = 2 * 14 + 5 * 16 = 108 г/моль. Для
рассчета нужной величины используем следующую
пропорцию: Mr : N = 1 : N1г (где N1г — необходимая нам
величина). Следовательно: 108 : 56 = 1 : N1г , отсюда N1г =
0.0231 моль/г. Для дальнейших рассчетов нам так — же
потебуется величина средней массы этих газов,
она равна среднему арефметическому молекулярных
масс газов, соответственно умноженных на
стереохимические коофиценты в правой части
уравнения разложения. В нашем случае: Mср = (2 * Mr(NO2)
+ 2 Ar(O)) / 2 = 62 г/моль.
Рассчет
теплоты разложения
Для рассчета теплоты
разложения ВВ надо знать теплоты образования
всех веществ, присутствующих в уравнении
разложения (их можно найти в справочнике по
химии). В нашем случае неообходимые нам величины:
Hобр (N2O5) = 13.5 кДж/моль ; Нобр (NO2) =
34.2 кДж/моль ; Нобр (O2) = 0 кДж/моль. Теплота
разложения есть ни что иное как тепловой эффект
реакции разложенияю. Эта величина, согласно
закону Гесса равна сумме теплот образования
продуктов разложения за вычетом суммы теплоты
образования исходного вещества (все величины
необходимо домножать на стереохимические
коофиценты в реакции разложения). В нашем случае:
Нвзыва = (2 * Нобр (NO2)
+ 1/2 * Нобр (O2)) — Hобр (N2O5) = (2 * 34.2 + 0) — (13.5)
= 59.4 кДж/моль
59.4 кДж/моль = 14.187
ккал/моль (1ккал = 4.1868 Дж). Отнесем полученную
величину к одному грамму вещества: 108 : 14.187 = 1 : Н1г ,
следовательно H1г = 0.1313 ккал/г = 131.3 кал/г.
Рассчет
коофицента Fi, скорости детонации и давления
детонации
Взрывной коофицент Fi,
необходимый для рассчета скорости детонации и
давления взрыва может быть рассчитан по формуле:
Fi = N1г * (Mср)1/2 * (Н1г)1/2 .
В нашем случае: Fi = 0.0231 * 7.874 * 11.458 = 2,084201736
Скорость детонации
может быть посчитана по уравнению: D2 = 1.02 * Fi
(1 + 1.30 * ROo)2 (где ROo — плотность взрывчатого
вещества (г/см3), а D — cкорость детонации
(км/c)). Плотость нитрата нитроила 2.05 г/см3.
В нашем случае: D = (1.02 *
2,084201736 * (1 + 1.3 * 2.05)2 )1/2 = 5.343 км/с = 5340 м/с.
Давление детонации
считается по уравнению: Pдет = 15.58 * Fi * (R0o)2
В нашем случае имеем: Pдет = 15.58 * 2,084201736 * (2.05)2
= 136,463 кбар = 13646,3 МПа
Рассчет
воздействия взрыва на материальные объекты
Для рассчета
воздействия во всем мире принято использовать
так называемый закон кубического корня, который
выведен экспериментально. Этот закон выражает
зависимость некоего коофицента разрушения (K) от
расстояния до эпицентра взрыва R (м), теплоты
разложения взрывчатого вещества Нвзрыва
(ккал/кг) и массы взорвавшегося вещества M (кг).
Численно он выражается следующим образом:
K = (R * ( 1 + ( 7 *
1000 )2 )0.0625) / ((0.4 * M * Hвзрыва * 4.52) / (0.9 * 4520))1/3
Оценка
разрушений построек основываетя на извесном
уровне разрушений при определенном К, ниже
приведена таблица этих значений:
| K |
Разрушения |
| 0 — 5.6 | При этих условиях здания подвержены полному разрушению. |
| 5.6 — 9.6 | При зтих условиях здания получают тяжелые повреждения и подлежат сносу. |
| 5.6 — 28 | При этих условиях здания получают средние повреждения. Возможно их восстановление. |
| 28 — 56 | При этих условиях в зданиях наблюдается разрушение 90% стекол. И повреждение самых нестойких конструкций. |
| 56 — 86 | При этих условиях в зданиях наблюдается разрушение 50% стекол. |
| 86 — 100 | При этих условиях в зданиях наблюдается разрушение не более 10% стекол. |
| K > 100 |
Здания ни каких повреждений не испытывают. |
Для оценки
воздействия взрыва на людей, подвергшихся
воздействию взрывной волны определяют
избыточное давление фронта взрывной волны на
основе коофицента К по следующей зависимости:
P = — 5.5 * (K — 100) + 32.5
(где P в килопаскалях)
Ниже приведена
таблица в которой представлена зависимость
повреждей полученых людьми в результате
воздействия избыточного давления P (если P
отрицателен , то его считают равным нулю) :
|
P |
Воздействие |
|
0 |
Люди никаго воздействия не испытывают. |
|
0 — 20 |
Максимальное воздействие такого взрыва на человека может выражаться в виде шока или испуга от неожиданного взрыва, а так-же легких ушибов. |
|
20 — 40 |
При избыточном давлении 20 — 40 кПа незащищенные люди могут получить легкие поражения (ушибы и контузии). |
|
40 — 60 |
Воздействие ударной волны с избыточным давлением 40 — 60 кПа приводит к поражению средней тяжести: потере сознания, повреждению органов слуха, сильным вывихам конечностей, кровотечению из носа и ушей. |
|
60 — 100 |
Тяжелые поражения возникают при избыточном давлении свыше 60 кПа и характеризуются сильными контузиями, переломами конечностей, поражением внутренних органов. |
|
100 — 120 |
Крайне тяжелые поражения, нередко со смертельным исходом, наблюдаются при избыточном давлении свыше 100 кПа. |
|
120 |
Люди испытывают смертельное поражение , нередко сопровождаемое отрывом частей тела, особенно если избыточное давление превышает 160 кПа. |
Следует
отметить что при помощи этих рассчетов параметры
взрыва можно определить только приблизительно,
точный результат можно определить только
экспериментальным путем.