Диссертация (Математическое моделирование детонации алюминизированных взрывчатых веществ), страница 3

Исследованиятонкой структуры течения за фронтом ДВ оказали, что добавление Аl такжеонижает и значения давлений ПД нарофилях p(t),олучаемыхиндикаторным методом Поведение рофилей давления p(t) и их зависимостьот размеров частиц А носят сложный характер В работе [40] измеряласьте лота взрывчатого разложения ри омощи калориметрической установкиПоказано, что добавление Al в состав ВВриводит к значительномуувеличению те лоты взрывчатого разложения Прирост выше в случае ВВ соложительным кислородным балансом Так, добавление 4 -45% Al кБТНЭН дает овышение на ≈%, а добавление к ОК на ≈% При этомсоставы с БТНЭН/ Al( ) ревосходят ком озиции БТНЭН/Al( , ) А заменаAl(15) на Al( , ) в смесях с ОК (отрицательный кислородный баланс)риводит к до олнительному увеличению те лоты взрывчатого разложенияВ (см [23, 25, 43]) рассматривается взаимодействие алюминия в ходевторичных реакций, с точки зрения общего числа молей газообразныхком онент ПД, а также конечного составародуктов детонации Привведении во взрывчатое вещество дис ерсных металлических добавок ихокисление роисходит в ходе вторичных реакций с ПД При этом вместе сокислением алюминия и выделением до олнительной энергиироисходитсущественное уменьшение общего числа молей газообразных ком онентовПД Что в свою очередь риводит к снижению давления ПД Рассмотрению17этого во роса уделено особое место во второй главе данной диссертацииРассмотрим некоторые работы, в которых изучался составдетонации алюминизированных ВВродуктовВ [44] исследовались взрывчатыевещества на основе гексогена, ОК и активных связующих, содержащие% алюминия Al(4).

Содержание CO2 и H2O в-родуктах детонациисущественно снижается ри введении в состав алюминия Сильное влияниена конечный составродуктов детонации оказывает кислородный балансисходного состава и условий взрыва Так ри взрыве в аргоне ри большомсодержании гексогена в исходном составе доля не рореагировавшегоалюминия составляла всего несколько роцентов, а ри одводном взрыве инизком содержании гексогена около-3 %В работе [45]роводилсяанализ родуктов детонации взрывчатого состава на основе тэна си%Al Было оказано что Al2O3( реимущественно γ-модификация) редставляетсобой сферические частицы, средним размером на 3 % больше исходногоAl Самые кру ные частицы Al2O3 внутри содержали не рореагировавшийалюминий Откуда авторы сделали заключение, что окисление алюминияроисходит в конденсированной фазе в диффузионном режимеИс ользование мощных высокобризантных ВВ, таких как гексоген,ОК, CL-, в современных взрывчатых устройствах, имеющие сложныегеометрические формы, затруднено или рактически невозможноСвязаноэто с тем, что данные мощные взрывчатые вещества не обладают литьевымисвойствами Единственных выходам является ис ользовать данные ВВсовместно с лавкими основами (взрывчатые вещества ТГ, октол и др ) Сразвитиемтехнологийрименениена олненногорактическинаходитвысокоэнергетическихсистемынавысокобризантнымисключитьосновеВВористостьиолимероволимерногоТакаясвязующего,ком оновкамаксимальноширокоеомогаетриблизитьсяктеоретической лотности смеси [49].

Ис ользование олимерных связующихс особных к самостоятельному взрывчатомуревращениюозволяетсоздавать реце туры, со оставимые с мощными индивидуальными ВВ18Данныйтиком озициейноситтакженазваниегетерогенныхолидис ерсных систем Из-за наличия в ней высокоэластичной дис ерснойсредысоставобладаетнизкоймеханическойчувствительностьюинекоторыми особенностями детонации В таких смесях довольно частоис ользуют в том числе и алюминий,оэтому ниже о ишем некоторыехарактерные свойства таких системНа сегодняшний день остается открытым во росрогнозированияскорости детонации для данных смесей Существует много физических иматематическихмоделей,основанныхнаротиворечивыхэкс ериментальных результатах Подробное о исание современных методико о ределению скорости детонации взрывных смесей данного ти ариведено в [50].

Отметим такие интересные экс ериментальные результаты,что в зависимости от дис ерсности ис ользуемого в о ытах алюминия от ,до 8 мкм скорость детонации различается 76данныйубликацииуказываетсянадо 83м/с Авторамивозможностьинициированияоследующих слоев о ережающей ударной волной, роходящей о сжатомусвязующему На сегодняшний день математического аарата, с особногоо исать рассмотренные роцессы, в досту ной литературе не редложеноВ [51] риведено теоретическое исследование олноты реагированияалюминия на детонационные характеристики трех смесевых ВВ: гексоген,ТНТ и NH4NO3cалюминиемколичества газообразныхПоказано, что зависимость давления отродуктов более сильная, чем от тем ературыИзбыточная энергия от образования Al2O3, в основном,редставляетте ловую энергию, которая оказывает на давление меньшее влияние, чемотенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия Было оказано,что в условияхолного или частичного реагирования металлическогоалюминия в смесях на основе мощных нитро- органических ВВ, невозможноувеличить скорость детонациио сравнению с чистым ВВ Скоростьдетонации смесей, в которых алюминий инертен, больше скорости детонациитех же смесей, в которых ред олагается реакция алюминия с родуктами19детонации Уменьшение количества газообразных родуктов детонации в ВСроисходит из-за уменьшения массовой доли взрывчатой основы врезультате реакции алюминия с родуктами детонацииВ [52]оказано, что ком оненты, образующиеся в результатевторичных реакций, имеют меньший собственный объемуменьшаетсяобщееколичествомолейгазаNg,из-заРезкообразованияконденсированных фаз Al2O3 и C, и хотя те ловой эффект увеличивается,основныеженанодис ерстныхараметрыснижаютсяВслучаеис ользованияорошков алюминия в смесевых составах наблюдаетсяболее существенное уменьшение скорости детонации и давления, что в своюочередьсвязывают с увеличениемрогреваемой массы алюминияАовышение реакционной с особности в случае насы ных ВВ ( риводящее кувеличениюскоростидетонацииидавленияриоложительномкислородном балансе) связано не только с увеличением зоны химическойреакции детонационной волны, но и более неоднородным олем массовойскорости, ри котором частицы ВВ иродукты его разложения обтекаютчастицы металла, что резко увеличивает скорость гетерогенной реакции1.3.

Обзор термодинамических методов для математического расчетапараметров детонации.Необходимость рогнозирования детонационных характеристик ВВ иобщей работос особности (фугасности) родуктов взрыва (ПВ) стимулируетразвитие термодинамических методов для расчетаараметров детонацииРазработанные к настоящему времени коды [52 - 58] озволяют с хорошейточностью рассчитывать араметры идеальной детонации индивидуальныхвзрывчатых веществДля смесевых составов ВВ ситуация более сложная,оскольку в данном случае большие трудности вызывает расчет сте енизавершенности химических реакций, ротекающих в детонационной волне Вчастности, для смесевых ВВ с добавкой алюминия нет окончательнойясности о сте ени его окисления в точке Че мана-ЖугеПоэтому20термодинамические расчеты араметров детонации роводятся ри условномдо ущении о ределенной сте ени окисления алюминия [59 - 62].Средиервых работ, на равленных на математическое о исаниедетонации взрывчатых веществ с добавлением металлов, можно отметитьсерию работ в начале-х годов в Лос-Аламосской лаборатории Цельюданных работ являлосьоказать, как влияет добавление инертных инеинертных ком онентов на детонационные характеристики взрывчатыхвеществПодробные данные изложены в [14] Отметим, чтоолученныерасчетные с ис ользованием уравнения состояния BWK в экс ериментах сдобавлением алюминия дают удовлетворительное сходстводетонации, однакозавышаются нао скоростири этом рассчитанные значения давления Ч-Жкбар Что в свою очередь свидетельствовало о том, чтооведение взрывчатого вещества было идеальным в отношении скоростидетонации и неидеальным в отношении давления Ч-Ж В 6 х годах вниманиек металлическим добавкам было смещено в сторону изучения взрывчатыхвеществ с добавлением вольфрама Расчеты на основе уравнения состоянияBKW, вос роизводили скорость детонации, но завышали давления Ч-Ж накбар В [14] было оказано, что согласование между экс ериментальнымиитеоретическимисущественными,значениямискоростидетонациинеявляютсяоскольку адиабата Гюгонио слишком крута и скоростьдетонации меняется слишком медленно, чтобы быть чувствительнымараметром В работе было также редложено, что завышенные значение оскорости детонации взрывчатых веществ с добавками тяжелых металловоявляются в результате о ережающего рас ространения детонациизернистойструктуревзрывчатогочастицамиПолучается, чторивеществамеждуометаллическимириблизительно верно рассчитанныхадиабатах Гюгонио, экс ериментальные значения араметров состояния надетонационном фронте должны находиться вблизи рассчитанной адиабатыГюгонио, но ри более высоком значении скорости ударного фронта Отсюдаможно было объяснить наблюдаемое заниженное давление детонации21Также рассматриваются модели,в которых металл не находится втермодинамическом равновесии с родуктами детонации Полученные дляэтого ред оложения результаты одробно изложены в [14].Широко ис ользуемым уравнением состояния для о исания оведенияродуктов детонации алюминизированных взрывчатых веществ являетсяУРС в форме JWL [63 - 66].

Уравнения Джонсона-Вилкинса-Ли JWL [67] это эм ирические математические выражения для о исания отношениядавления и объемаредложилиродуктов детонации В 1968 году, Ли и др. [68]алгебраическуюформууравненийсостояниядлярасширяющихся родуктов, ныне известную как JWL Эти уравнения былиродолжением ранее известных уравнений Вилкинсао ределяютсяримоделированияомощироцессацилиндрдетонации–теста [39].Эти уравненияДлячисленногоалюминизированныхвзрывчатыхвеществ в чистом виде уравнение JWL лохо ригодно, оэтому в литературечасто встречаются модернизированные уравнения JWL, самым известным изкоторых является уравнение состояния JWLB (Джонсона-Вилкинса-ЛиБейкера) [69], более одробное о исание которого будет дано в главе 3.

Каки в случае с EOS JWL,араметры для уравнения JWLBолучаются изо ытов о методике цилиндр-тест Во второй главе будет одробно оказанаважность роцессов догорания родуктов детонации на воздухе В случае жевышео исанных уравнений стоит сразу отметить, что методика цилиндр-тестоснована на взрыве взрывчатого вещества в медной оболочке,рирасширении которой не образуется трещин до очень больших сте енейрасширения оболочки, и как следствие отсутствует взаимодействие своздухом Это, к сожалению, делает данные методики мало ригодными длябольшого с ектра рассматриваемых задач в ромышленностиОтметим, что методика цилиндр - тест, является дорогостоящей итрудоемкойПоэтому многие исследователиредлагают свои с особыолучения уравнений состояния в форме JWL Отметим некоторые работы:Хамашима и др. [70], основанную на методе о исанияараметров JWL22неидеальных взрывчатых веществ через одводный взрыв; Юртиев и Хайес[71]редставили аналитическийодход длярогнозированияараметровJWL для HCNO ти а взрывчатых веществ В работе [72] данный одход былдо олнен численным методом, включающим экс ериментальные результатыдля стандартных алюминизированных взрывчатых веществУравнения состояния для алюминизированных взрывчатых веществдаютвозможностьоценитьсте еньреализацииэнергииотрореагировавшего алюминия в зоне химической реакции Как было ужеоказано выше, различными авторами делаются разные оценки реакционнойс особности алюминия в зоне химической реакции, от инертного оведениядо рактически олного сгорания в ЗХР Есть две основные ричины этогорасхожденияВо- ервых, исследователирименяют разные уравнениясостояния для о исания термодинамики родуктов детонации Во-вторых, вслучае алюминизированных взрывчатых веществ, теория детонации C-Jможет стать не риемлемой саматермодинамическом равновесиио себе, так как она базируется народуктов детонации, что в случае салюминием может не соответствовать действительности Это можно ясновидеть наис ользоватьримере нитрата аммонияболеесложныетеорииВ данном случае необходимодетонациидлямоделированиявзрывного роцесса, как это, на ример, было сделано в работе Говарда и др[73].