Jak wiadomo zjawisko rozprzestrzeniania się wybuchu w materiale wybuchowym nosi nazwę detonacji. Zjawisko detonacji odkrył Nobel w 1864r. Prędkość fali detonacyjnej jest jednym z najważniejszych parametrów opisujących materiał wybuchowy. Możemy ją rozpatrywać jako wielkość stałą po osiągnięciu maksimum dla danego MW.
Prędkość detonacji zależy od wielu czynników. Poniżej przedstawię wam wpływ podstawowych czynników jakimi są:
Jak do tej pory nie znaleziono ogólnej zależności matematycznej pomiędzy składem chemicznym materiału wybuchowego a jego prędkością detonacji. Stwierdzono jedynie, że zbliżone budową związki wydzielają podczas rozkładu wybuchowego podobne ilości energii, oraz posiadają zbliżone wartości prędkości detonacji. W MW będących mieszaniną różnych substancji prędkość detonacji jest proporcjonalna do ilości składników o większej kruszności, więc im więcej takiego składnika tym większa prędkość detonacji.
Wpływ domieszek na prędkość fali detonacyjnej
Dodatek obojętnych składników do MW najczęściej zmniejsza prędkość detonacji. Dla przykładu: Nitrogliceryna posiada V0=7430 m/s, natomiast jeśli wykonamy z niej typowy dynamit, czyli dodamy 25% dodatek ziemi okrzemkowej V0=6630 m/s. Ogólnie wpływ twardych dodatków obojętnych zależy od ich budowy, uziarnienia i rozmieszczenia w MW. W niektórych przypadkach dodatek zwiększa parametry detonacyjne, np. piorunian rtęci flegmatyzowany parafiną ma większą prędkość detonacji niż czysty piorunian.
Wpływ temperatury na prędkość fali detonacyjnej
Jak wykazują doświadczenia obniżenie temperatury nieznacznie wpływa na zmianę prędkości detonacji MW, szczególnie że w niższych temperaturach od temperatury normalnej (298K tj. 25°C) wahania wyników są większe. Dla jednolitych stałych MW obniżenie w niewielkim stopniu zwiększa prędkość detonacji ze względu na zwiększenie gęstości. Dla MW ciekłych ma to już większy wpływ, gdyż mają one silną zależność gęstości od temperatury.
Wpływ ciśnienia na prędkość fali detonacyjnej
Badania MW proszkowych i żelatynowych, które zawierały pęcherzyki powietrza dowiodły, że wzrost ciśnienia obniża prędkość detonacji takich MW. Bowden przeprowadzał badania na sproszkowanym pentrycie. Badania wykazały, że pod ciśnieniem 1 atm. fala detonacyjna rozchodzi się w cienkiej warstwie, powyżej 30 atm. prędkość detonacji bardzo się zmniejsza, a powyżej 50 atm. praktycznie zanika. Podobnie zachowywał się tetryl, trotyl i nitroguanidyna.
Wpływ osłony na prędkość fali detonacyjnej
Trwałośc osłony, a właściwie chwilowy opór jaki stawia takowa osłona ciśnieniu gazów, ma dodatnie znaczenie dla zapoczątkowania wysokiej prędkości rozkładu. Największe znaczenie zauważamy w przypadku MW o niskiej gęstości; w przypadku MW o wysokiej gęstości wpływ jest niemalże niezauważalny. Osłona zmniejsza krytyczną i graniczną średnicę ładunku, lecz nie zmienia prędkości detonacji ładunków, których średnice są równe lub większe od krytycznych.
Wpływ średnicy na prędkość fali detonacyjnej
Jeśli mamy zamiar uzyskać optymalną prędkość detonacji MW, to średnica ładunku powinna być mniejsza od tzw. średnicy granicznej po przekroczeniu której zwiększenie prędkości rozkładu nie następuje (trotyl - 10mm, MW amonowo-saletrzane - 30mm, chloranity - 35mm).
Jeśli średnica ładunku jest mniejsza od tzw. średnicy krytycznej to zjawisko detonacji powstać nie może a MW nie detonuje(trotyl - 8÷10mm, pentryt - 1÷1,5mm, nitrogliceryna - 2mm).
Wpływ gęstości na prędkość fali detonacyjnej
Jakm już wcześniej wspomniałem wpływ gęstości na predkość detonacji jest znaczna. Ze wzrostem gęstości uzyskujemy większa prędkość rozkładu, uzyskując maksimum przy możliwie największej osiągalnej gęstości.
Dla jednorodnych MW zależnośc pomiędzy prędkością detonacji a gęstością opisuje zależność mateamatyczna:
- skład chemiczny
- domieszki
- temperatura
- ciśnienie
- osłona
- średnica ładunku
- gęstość ładunku
- rodzaj MW
- bodziec początkowy
Jak do tej pory nie znaleziono ogólnej zależności matematycznej pomiędzy składem chemicznym materiału wybuchowego a jego prędkością detonacji. Stwierdzono jedynie, że zbliżone budową związki wydzielają podczas rozkładu wybuchowego podobne ilości energii, oraz posiadają zbliżone wartości prędkości detonacji. W MW będących mieszaniną różnych substancji prędkość detonacji jest proporcjonalna do ilości składników o większej kruszności, więc im więcej takiego składnika tym większa prędkość detonacji.
Wpływ domieszek na prędkość fali detonacyjnej
Dodatek obojętnych składników do MW najczęściej zmniejsza prędkość detonacji. Dla przykładu: Nitrogliceryna posiada V0=7430 m/s, natomiast jeśli wykonamy z niej typowy dynamit, czyli dodamy 25% dodatek ziemi okrzemkowej V0=6630 m/s. Ogólnie wpływ twardych dodatków obojętnych zależy od ich budowy, uziarnienia i rozmieszczenia w MW. W niektórych przypadkach dodatek zwiększa parametry detonacyjne, np. piorunian rtęci flegmatyzowany parafiną ma większą prędkość detonacji niż czysty piorunian.
Wpływ temperatury na prędkość fali detonacyjnej
Jak wykazują doświadczenia obniżenie temperatury nieznacznie wpływa na zmianę prędkości detonacji MW, szczególnie że w niższych temperaturach od temperatury normalnej (298K tj. 25°C) wahania wyników są większe. Dla jednolitych stałych MW obniżenie w niewielkim stopniu zwiększa prędkość detonacji ze względu na zwiększenie gęstości. Dla MW ciekłych ma to już większy wpływ, gdyż mają one silną zależność gęstości od temperatury.
Wpływ ciśnienia na prędkość fali detonacyjnej
Badania MW proszkowych i żelatynowych, które zawierały pęcherzyki powietrza dowiodły, że wzrost ciśnienia obniża prędkość detonacji takich MW. Bowden przeprowadzał badania na sproszkowanym pentrycie. Badania wykazały, że pod ciśnieniem 1 atm. fala detonacyjna rozchodzi się w cienkiej warstwie, powyżej 30 atm. prędkość detonacji bardzo się zmniejsza, a powyżej 50 atm. praktycznie zanika. Podobnie zachowywał się tetryl, trotyl i nitroguanidyna.
Wpływ osłony na prędkość fali detonacyjnej
Trwałośc osłony, a właściwie chwilowy opór jaki stawia takowa osłona ciśnieniu gazów, ma dodatnie znaczenie dla zapoczątkowania wysokiej prędkości rozkładu. Największe znaczenie zauważamy w przypadku MW o niskiej gęstości; w przypadku MW o wysokiej gęstości wpływ jest niemalże niezauważalny. Osłona zmniejsza krytyczną i graniczną średnicę ładunku, lecz nie zmienia prędkości detonacji ładunków, których średnice są równe lub większe od krytycznych.
Wpływ średnicy na prędkość fali detonacyjnej
Jeśli mamy zamiar uzyskać optymalną prędkość detonacji MW, to średnica ładunku powinna być mniejsza od tzw. średnicy granicznej po przekroczeniu której zwiększenie prędkości rozkładu nie następuje (trotyl - 10mm, MW amonowo-saletrzane - 30mm, chloranity - 35mm).
Jeśli średnica ładunku jest mniejsza od tzw. średnicy krytycznej to zjawisko detonacji powstać nie może a MW nie detonuje(trotyl - 8÷10mm, pentryt - 1÷1,5mm, nitrogliceryna - 2mm).
Wpływ gęstości na prędkość fali detonacyjnej
Jakm już wcześniej wspomniałem wpływ gęstości na predkość detonacji jest znaczna. Ze wzrostem gęstości uzyskujemy większa prędkość rozkładu, uzyskując maksimum przy możliwie największej osiągalnej gęstości.
Dla jednorodnych MW zależnośc pomiędzy prędkością detonacji a gęstością opisuje zależność mateamatyczna:
V0=A·ra
gdzie:
r - gęstośc ładunku [kg/m3]
a - stała dla danego MW
A - stała dla danego MW
Wpływ rodzaju materiału wybuchowego na prędkość fali detonacyjnej
Wpływ rodzaju MW widzimy głównie w energii wydzielanej podczas rozkładu oraz kruszności danego MW. Najczęściej jest jednak tak, że im większa siła działania i siła kruszenia tym (z wyjątkami) prędkość detonacji.
Wpływ bodźca początkowego na prędkość fali detonacyjnej
Zainicjowanie materiału wybuchowego słabym detonatorem (mniejszą ilością materiału wybuchowego inicjującego) powoduje rozkład wybuchowy z mniejszą szybkością niż tą, którą mogli byśmy uzyskać, dlatego też w pierwszej części ładunku prędkość rozkładu detonacyjnego może być mniejsza. W celu wykorzystania jak największej ilości energii wybuchu ładunku należy inicjować dostatecznie silnym bodźcem początkowym.
r - gęstośc ładunku [kg/m3]
a - stała dla danego MW
A - stała dla danego MW
Wpływ rodzaju materiału wybuchowego na prędkość fali detonacyjnej
Wpływ rodzaju MW widzimy głównie w energii wydzielanej podczas rozkładu oraz kruszności danego MW. Najczęściej jest jednak tak, że im większa siła działania i siła kruszenia tym (z wyjątkami) prędkość detonacji.
Wpływ bodźca początkowego na prędkość fali detonacyjnej
Zainicjowanie materiału wybuchowego słabym detonatorem (mniejszą ilością materiału wybuchowego inicjującego) powoduje rozkład wybuchowy z mniejszą szybkością niż tą, którą mogli byśmy uzyskać, dlatego też w pierwszej części ładunku prędkość rozkładu detonacyjnego może być mniejsza. W celu wykorzystania jak największej ilości energii wybuchu ładunku należy inicjować dostatecznie silnym bodźcem początkowym.
Artykuł napisał:
Tchemik