Факторы, влияющие на скорость горения порохов

Для метательных ВВ – порохов горение является типичным взрывчатым превращением. Как при низких, так и при высоких давлениях вплоть до 500 – 600 МПа горение осуществляется параллельными концентрическими слоями, что и определяет устойчивость процесса.

В горении порохов различают следующие три фазы:

1) зажжение или местное возбуждение самораспространяющейся реакции;

2) воспламенение или распространение возбуждённого процесса по поверхности вещества;

3) собственно горение или распространение реакции в глубь вещества.

Деление процесса на три стадии является чисто условным, но имеет смысл по причине различия скоростей указанных фаз.

Зажжение есть начальная стадия воспламенения, как правило, под влиянием местного нагрева.

Скорость воспламенения порохов зависит от природы пороха, состояния его поверхности, окружающей среды и давления. По способности к воспламенению дымные пороха стоят на первом месте.

Скорость воспламенения при прочих равных условиях возрастает с увеличением удельной поверхности пороха.

С возрастанием давления скорость воспламенения увеличивается. Это объясняется тем, что при повышении давления затрудняется удаление горячих газообразных продуктов горения от поверхности пороха.

	α

Скорость воспламенения нитроцеллюлозных порохов на открытом воздухе по данным Левковича и Арша колеблется в пределах 20 – 40см/ с. При горении порохов на воздухе скорость распространения по поверхности вещества (воспламенения) значительно больше скорости горения. Если вертикально подвешенный пороховой стержень зажечь в верхнем конце, то через некоторое время поверхность горения стержня, вследствие различия в скоростях воспламенения и горения, примет форму правильного конуса рис.№2.8. Соотношение между этими скоростями может быть определено по углу у вершины конуса:

, (2.16)

где - скорость горения , - скорость воспламенения.

При горении порохового стержня в атмосфере инертного газа обе эти скорости равны и вместо конуса образуется неглубокий кратер.

Скорость горения зависит, при прочих равных условиях, от калорийности пороха, начальной температуры пороховых элементов и внешнего давления или давления в продуктах горения, если процесс протекает в замкнутом пространстве.

С увеличением калорийности пороха скорость горения его возрастает. Так например, скорость горения пироксилиновых порохов возрастает с увеличением содержания в них азота.

Влияние плотности и температуры. Плотность зёрен очень сильно влияет на скорость. При увеличении плотности зёрен всего на 15 –17 % скорость горения пороха уменьшается в 10 – 20 раз . Такое сильное влияние объясняется ростом препятствий проникновению горячих продуктов горения в глубь зёрен.

С увеличением начальной температуры пороха скорость горения его увеличивается. Так отношение скоростей горения для нитроглицеринового пороха при 100⁰С и 0⁰С составляет 2,9.

Влияние давления. Чувствительность к давлению различных порохов не одинакова. Если дымные пороха при атмосферном давлении горят в 10 раз быстрее чем пироксилиновые ружейные пороха, то при больших давлениях наблюдается обратная картина: скорость горения пироксилиновых порохов значительно больше чем дымных.

Для описания зависимости скорости горения от давления существует много различных формул, но каждая из них отражает зависимость только в ограниченном диапазоне давлений и не одна из них не в состоянии описать зависимость в широком диапазоне давлений. Препятствием к такому обобщению является зависимость самого механизма горения и теплового эффекта реакции от давления. Так эксперименты показали, что тепловой эффект при сгорании нитроглицеринового пороха при давлениях меньших 4 МПа составляет всего лишь около 53% теплоты сгорания пороха при р≥7МПа.

Зависимость , согласно Вьелю соответствует уравнению

, (2.17)

где А и ν зависят от природы пороха и величины давления.

Для дымных порохов ν меняется с возрастанием давления, как это указано в таблице №2.5.

Таблица №2.5

Для нитроцеллюлозных порохов может быть принята более простая зависимость для скорости горения :

(2.18)

Эта формула является частным случаем формулы (2.17), при условии ν = 1.

Однако формула (2.18) работает лишь при достаточно высоких давлениях (p≥ 100 МПа). Для более низких давлений (p≤25МПа) ν=0,7, что говорит о том, что и для нитроцеллюлозных порохов значение ν не остаётся постоянным.

По Андрееву, зависимость скорости горения для нитроцеллюлозных порохов в достаточно широком интервале давлений может быть описана при помощи двухчленной формулы

, (2.19)

где ν принимает различные значения для разных порохов , но вообще близко к единице.

Коэффициент А в формулах (2.17) и (2.18) фактически равен 0,7 –1,0 мм/c при давлении 0.1 МПа. Следовательно, при 10МПа, скорость горения достигнет величины 100 мм/c.