Определение параметров детонации алюминийсодержащих водонаполненных составов электромагнитным методом

УДК 66.046.4:669.71/.721

А. А. Веприкова, В. В. Трунин, Е. В. Балабаева, К. А. Тихомиров, В. Э. Анников Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЕТОНАЦИИ

АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ ВОДОНАПОЛНЕННЫХ СОСТАВОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ МЕТОДОМ

Water-impregnated explosives, mostly of the gelled type, containing different quantities of aluminum were investigated. Particle velocity profiles and detonation velocity values were measured for compositions based on ammonium nitrate/sodium nitrate water solutions. Measurements carried out by means of electromagnetic technique. Influence of content of various aluminum powders on detonation parameters was examined. Detonation parameters of considered compositions were calculated by means of SD computer code. Calculation results were compared with experimental data.

Исследованы гелеобразные водонаподненные взрывчатые составы (ВВС), сенсибилизированные тонкодисперсным алюминием. Для составов на основе водного раствора нитрата аммония и нитрата натрия с помощью электромагнитной методики были измерены профиль массовой скорости и скорость детонации. Изучено влияние различных алюминиевых порошков на детонационные параметры. С помощью компьютерной программы SD проведен расчет параметров детонации исследуемых смесей. Результаты расчета сопоставлены с экспериментальными данными.

Водонаполненные взрывчатые составы (ВВС), содержащие алюминий. применяются в горной и других отраслях промышленности. Благодаря присутствию воды такие составы обладают хорошей пластичностью, малой чувствительностью к механическому и тепловому воздействию, низкой горючестью, что позволяет использовать их для механизированного заряжения шпуров и скважин. Физико-химические и детонационные характеристики гелеобразных ВВС на основе различных окислителей, алюминиевых пудр и порошков исследовались в работах [1-5]. Результаты исследований позволили разработать целый ряд стабильных составов с высокими детонационными параметрами для решения широкого круга задач взрывной техники [2, 4]. Целью настоящей работы было исследование детонационных характеристик гелеобразных водонаполненных систем, содержащих алюминий, с применением электромагнитного метода [6].

В качестве геля использовался водный раствор нитрата аммония с нитратом натрия, желагинизированный полиакриламидом. К водно-гелевой матрице добавляли пластинчатую алюминиевую пудру марки ПАП-2 (толщина пластинок -0,2 мкм) и сферический порошок АСД-4 (средний размер частиц 5-6 мкм). Общее содержание алюминия в смеси См менялось от 5 до 50 %. Технология изготовления составов описана в работах [1, 2]. Характеристики исследуемых смесей приведены в табл.1. В зависимости от количества добавленного алюминия консистеиция смеси менялась от льющейся (А1-10) до резиноподобной (А1-50). Плотность составов изменялась в интервале 0,8 - 1,35 г/см3. Составы снаряжали в бумажные трубки диаметром 32 мм и высотой 40-50 мм. Опыты проводились на электромагнитной установ-

ке, сконструированной В.Г. Хотиным. [7]. В работе использовался электронный осциллограф РС8500 УеНешап. соединенный с компьютером.

Табл. 1. Состав, плотность к кислородный баланс исследуемых смесей

Состав Содержание компонентов, % Плотность ро, г/см3 Кислородный баланс, %

Водно-гелсвая матрица AI

ПАП-2 АСД-4

А1-5 95 5 - . - 1,1 15.8

А1-10 90 10 - 0,9 8.5

А1-20 80 20 - 0,8 -2,4

А1-30 70 10 20 1,05 -13,2

А1-50 50 15 35 1,35 -34,8

Для всех исследуемых составов были измерены профиль - изменение массовой скорости продуктов взрыва во времени и скорость детонации О. Для каждой смеси проводилось по два параллельных опыта. Зависимости и(0 для состава А1-10 с указанием принятых обозначений для обработки профилей показаны на рис.1. Следует отметить хорошую сходимость экспериментальных кривых в области детонации смеси.

Рнс. 1, Профили u(t) для состава AHO: tf- время завала фронта осциллограммы, uf -массовая скорость на «пике», t, - время реакции в детонационной волне (время от начала движения датчика до точки перегиба), iic.i - массовая скорость в точке излома

Отметим, что точка перегиба на профиле u(t) соответствует плоскости Чепмена-Жуге (С.!). Давление в точке CJ рассчитывали по формуле:

Рс:.1= PoDticj

В табл.2 приведены значения массовой скорости и соответствующие им промежутки времени в характерных точках профиля u(t).

Влияние содержания пудры ПАП-2 в смеси на характер профиля u(t) показано на рис.2. Профиль u(t) для состава AI-5 имеет большое время зава-

ла переднего фронта осциллограммы (табл.2), "химпик" не зафиксирован. Это указывает на то, что детонация такой смеси неустойчива. На профилях и((.) для составов А1-10 и А1-20 имеется четко выраженная область повышенных значений массовых скоростей, соответствующая, зоне химической реакции. Профили для этих смесей качественно похожи, они имеют одинаковые значения V и иа (табл.2). Увеличение содержания пудры ПАП-2 в смеси приводит к росту иг.

Табл. 2. Результаты обработки профиле»

Состав 1), мке иг, м/с 1г, мке исл, м/с

А1-5 1,5 650 .- -

А1-10 0,2 1210 0,5 954

А1-20 0,2 1343 0,5 941

А1-30 0,4 1231 -0,7 1084

А1-50 0,2 1170 0,4 1002

Сравнение профилей массовой скорости для составов, содержащих одновременно пудру и порошок алюминия, показано на рис.3. Зависимости и(0 для составов А1-30 и А1-50 подобны друг другу, однако профиль для А1-50 лежит ниже профиля для А1-30.

Рис. 2. Профили массовой скорости для составов А1-5, А1-10 и А1-20

Из-за большого значения (табл.2) точка перегиба для состава А1-30 плохо выражена, что затрудняет точное определение значения (г. Тем не менее, можно предположить, что плоскость О для этой смеси лежит в области и = 1060-4100м/с. Падение массовой скорости после точки перегиба для составов А1-30 и А1-50 в пределах ~2 мке становится более медленным, чем для смесей, содержащих только пудру (рис.2). Средняя экспериментальная скорость детонации для смесей, содержащих 10-20 % ПАП-2, составляет

-3,2 км/с. Добавление порошка АСД-4 к смеси снижает скорость детонации. Так, для состава А1-50 значение D равно 2.7 км/с. Давление детонации, Ра, рассчитанное по формуле (1), возрастает от 2,3 до 3,7 ГПа с увеличением плотности заряда от 0,8 до 1,35 г/см3.

Для всех изученных составов с помощью термодинамической программы SD [8] были рассчитаны параметры детонации. Расчеты проводили в предположении полного [9] и частичного (10%) окисления алюминия в пределах зоны реакции детонационной волны. Результаты расчета в предположении частичного окисления алюминия лучше согласуются с экспериментальными данными.

Рис. 3. Профили массовой скорости для составов AI-30 н AI-50

На основании проведенных исследований ВВС, содержащих алюминий, были сделаны следующие выводы:

1. Детонация составов, содержащих 10-20 % алюминиевой пудры ПАП-2, является стабильной.

2. Частичная замена пудры ПАП-2 на порошок АСД-4 приводит к снижению массовой скорости и скорости детонации, при этом "химпик" на профиле u(t) выражен нечетко. Кроме того, добавление порошка АСД-4 приводит к увеличению времени догорания алюминия за детонационным фронтом.

3. Сравнение расчетных значений скорости и давления детонации с экспериментальными данными подтверждает предположение [4] о частичном (10%) окислении алюминия в детонационной волне и догорании оставшегося порошка за детонационным фронтом.

Авторы выражают благодарность доценту В.Г. Хотину за предоставленную возможность проведения исследований на электромагнитной установке, а также за участие в обсуждении материалов работы.

Библиографические ссылки

1. Изучение детонации алюминийсодержащих водоналолненных ВВ/ В. Э. Анников [и др.]; // Вопросы теории ВВ: Труды МХТИ им, Д.И. Менделеева,

выпуск 83-й./ МХТИ им. Д.И. Менделеева. М: Изд-во МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1974. С. 173-181.

2. Кондриков Б. Н., Анников В. Э.Водонаполненные ВВ на основе тонкодисперсного алюминия. // Взрывное дело: сб. №75/32. / МХТИ им. Д.И. Менделеева. М.: Изд-во МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1975. С. 151-158.

3. Детонация аэзированных водных растворов и. суспензий/ В. Э. Анни-ков[и др.]; // Детонация и ударные волны: сб. науч. Тр./ ИХФ АН СССР. Черноголовка: Изд-во ИХФ АН СССР, 1986. С. .114-118.

4. V. Е. Annikov, В. N. Itondrikov, А. Т. Kazakov. Research and development of the new explosive sources of seismic waves for geophysical investigations // Trans, of the 11th (Int.) Detonation Symposium. Snowmass-Colorado, 1998. PP. 370-372.

5. V. E. Annikov, B. N. Kondrikov. Water-impregnated explosives containing up to 90% finely dispersed aluminum. // 31th International Annual Conference of ICT. Karlsruhe [Federal Republic of Germany], 2000. PP. 112-1-112-9.

6. Дремин A. H., Шведов К. К, Веретенников В. А. Исследование детонации аммонита ПЖВ-20 и некоторых других ВВ// Взрывное дело: сб., №52/9. / МХТИ им. Д.И. Менделеева. М.: Изд-во МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1963. С. 10-25..

7. Определение параметров детонационных и ударных волн электромагнитным методом: учебное пособие/ В. Г. Хотин[и др.]; / МХТИ им. Д.И. Менделеева. М.: Изд-во МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1979. 20 с.

8. Shock and detonation general kinetics and thermodynamics in reactive systems computer package/ A. I. Sumin [ets.];// Trans, of the IIth (Int.) Detonation Symposium. Snowmass-Colorado [USA], 1998. PP. 30-35.

9. Веприкова А. А., Райкова В. M. Термодинамический расчет параметров детонации смесей взрывчатых веществ с алюминием/ А. А. Веприкова. // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Сар-кисова и В.Б. Сажина]; / РХТУ им. Д.И, Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. T.XXI. №4(72). С. 84-88.

УДК б 14.8:622.323

В. А. Гериш, В, К. Кривинцова, Н. И. Акинин

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА МАССЫ ПАРОВ ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ, ПРИНИМАЮЩИХ УЧАСТИЕ ВО ВЗРЫВЕ

The article deals with the following: an updated procedure of quantity calculation for highly flammable and combustible liquids involved in the explosion; explosion conditions of benzene solutions in stripping oil.

В работе проведена корректировка методики расчета количества паров легковое-