Работа взрыва. Идеальная работоспособность ВВ

Выделяющаяся при взрыве тепловая энергия преобразуется в механическую работу, совершаемую расширяющимися продуктами взрыва.

Из первого закона термодинамики следует, что изменение внутренней энергии газов в процессе расширения равно количеству тепла, сообщенного окружающей среде и произведенной работе :

(4.51)

При условии, что практической целью взрыва ВВ является производство механической работы разрушения (дробления) горной породы или ее выброса, теплообмен продуктов взрыва (ПВ) с окружающей средой относится к энергетическими потерям (dQ), называемыми термодинамическими.

Идеальным с точки зрения отсутствия термодинамических потерь является адиабатический процесс расширения ПВ не сопровождающийся теплообменом с окружающей средой.

dQ = 0. (4.52)

Изменение внутренней энергии ПВ в этом случае равно количеству работы, совершаемой расширяющимися газообразными ПВ

-dE = dA = рdV (4.53)

В реальных условиях взрывания наиболее близким к адиабатическому процессу является взрыв ВВ в воздушной среде, а, например, в горных породах термодинамические потери возрастают. Они существенно выше в пористых, хрупких, легко дробимых породах и минимальны в пластичных средах типа глин [2].

Мерой идеальной работоспособности ВВ может служить максимальная работа, которую совершают ПВ при своем адиабатическом расширении до давления окружающей среды (воздушной, водной, горной), т.е. когда остаточное давление ПВ уравновешивается противодавлением среды: атмосферным, гидростатическим или горным давлением.

Идеальная работоспособность ВВ является одной из важнейших энергетических характеристик ВВ. Она дополняет теплоту взрыва, показывая теоретическую возможность реализации энергетического потенциала ВВ в механическую работу (дробления, перемещения и т.п.).

Идеальную работоспособность (полную идеальную работу взрыва) можно определить как разность между значениями внутренней энергии ПВ в момент их образования ( ) и к концу их расширения( ):

, (4.54)

где - средняя теплоемкость продуктов взрыва при постоянном объеме в интервалах изменения температуры взрыва от Т₁ до Т₂;

- начальная температура взрыва, ;

- конечная температура ПВ (температура окружающей среды).

Значение трудно даже приближенно оценить и поэтому выражение (4.54) нельзя использовать для практических целей. Для газовых взрываемых систем, расширение ПВ которых происходит вдоль изоэнтропы вида pV^γ = сonst, пользуясь уравнением Клайперона (PV^g=RT), получаем

. (4.55)

Окончательно получаем

; (4.56)

; (4.57)

, (4.58)

где - потенциальная энергия ВВ (полная тепловая энергия), кДж/кг;

V₁ и V₂ - начальный и конечный удельные объемы ПВ, м³/кг;

P₁ и P₂ - начальное и конечное давление ПВ, Па;

- показатель адиабаты.

Эти же формулы могут быть использованы для расчета A_и конденсированных ВВ1). Для практических целей удобнее пользоваться не отношением объемов, а отношением давлений т.е. выражением (4.58)

При взрыве в воздухе (P₂ = 1,01∙10⁵ Па) полная идеальная работа взрыва определяется

, кДж/кг. (4.59)

Анализируя зависимости (4.37) – (4.39), можно сделать важные выводы. Величина идеальной работоспособности возрастает с увеличением давления и объема продуктов взрыва, плотности заряжания ВВ.