- •Предисловие
- •Часть первая общие свойства пиротехнических составов и их компонентов
- •Глава I
- •Общее понятие о пиротехнических средствах и составах
- •§ 1.Классификация
- •§ 2.Горение составов
- •§ 3. Требования, предъявляемые к пиротехническим средствам и составам
- •§ 4. Назначение компонентов
- •§5. Возможные высокоэкзотермические реакции
- •§ 6. Способность к горению различных веществ и смесей
- •Глава II окислители
- •§ 1. Выбор окислителей
- •§ 2. Свойства окислителей
- •§ 3. Гигроскопичность
- •§ 4. Технические требования
- •Глава III горючие
- •§ 1.Выбор и классификация
- •§ 2. Высококалорийные горючие
- •Количество тепла в ккал, выделяющееся при сгорании 1 см3 некоторых горючих (q4)
- •§ 3. Технические требования к порошкам металлов
- •§ 4. Производство порошков металлов
- •§ 5. Неорганические горючие средней калорийности
- •§ 6. Органические горючие
- •Глава IV связующие - органические полимеры
- •§ 1. Роль связующих. Испытание прочности звездок
- •§ 2. Факторы, влияющие на прочность
- •Зависимость прочности изделия от давления прессования (испытывались высоты)шашки диаметром 20 мм и такой же высоты)
- •§ 3. Классификация связующих их свойства
- •Некоторые свойства органических горючих веществ
- •Глава V принципы расчета пиротехнических составов
- •§ 1. Двойные смеси
- •§2. Тройные и многокомпонентные смеси
- •§ 3. Составы с отрицательным кислородным балансом
- •§ 4. Металлохлоридные составы
- •§ 5. Составы с фторным балансом
- •Глава VI теплота горения, газообразные продукты и температура горения составов
- •§ 1. Вычисление теплоты горения
- •Теплота горения пиротехнических составов (без учета догорания за счет кислорода воздуха)
- •§ 2. Экспериментальное определение
- •§ 3. Связь между назначением составов и теплотой их горения
- •§ 4. Газообразные продукты горения
- •§ 5. Определение температуры горения
- •§ 6. Экспериментальное определение
- •Tипы оптических пирометров
- •§ 7. Связь между назначением состава и температурой горения
- •Глава VII чувствительность составов
- •§ 1. Определение чувствительности к тепловым воздействиям
- •Определение чувствительности к лучу огня
- •Дополнительные испытания
- •§ 2. Определение чувствительности к механическим воздействиям
- •Определение чувствительности к удару
- •§ 3. Факторы, влияющие на чувствительность составов к начальному импульсу
- •Глава VIII горение составов
- •§ 1. Механизм горения
- •§ 2. Факторы, влияющие на скорость горения
- •Каталитические добавки
- •Физические факторы
- •Глава IX взрывчатые свойства составов
- •Взрывчатые свойства двойных смесей:
- •Расширение в блоке Трауцля в см3 в зависимости от начального импульса; количество состава 20 г
- •Глава X физическая и химическая стойкость составов
- •§ 1. Физические изменения
- •§ 2. Химические изменения
- •Составы, содержащие порошки магния или алюминия и неорганические окислители
- •Составы, не содержащие порошков металлов
- •§ 3. Методы определения гигроскопичности и химической стойкости
- •§ 4. Допустимые сроки хранения
- •Специальные свойства отдельных видов пиротехнических составов
- •Глава XI осветительные составы
- •§ 1. Осветительные составы и средства
- •Классификация осветительных средств и составов
- •§ 2. Краткие сведения об устройстве осветительных средств Средства артиллерии
- •Основные характеристики американских саб (скорость снижения факелов 2,5—3,0 м/с)
- •Общевойсковые средства
- •§ 3. Световые характеристики осветительных составов и средств
- •§ 4. Тепловое и люминесцентное излучение
- •§ 5. Специальные требования к осветителным составам; двойные смеси
- •Термохимические характеристики двойных смесей
- •Световые показатели двойных смесей с различными окислителями (диаметр звездок 24 мм, оболочка картонная)
- •Светотехнические характеристики двойных смесей нитрата бария с алюминиевой пудрой
- •§ 6. Многокомпонентные осветительные составы
- •Самоотвёрждающиеся составы
- •Самоотвёрждающиеся составы на основе полимерных горючих-связующих (патенты сша 3.369.964, 1968; 3.462.325, 1969; 2.984.558, 1961)
- •§ 7. Факторы, влияющие на эффективность осветительных составов и средств
- •§ 8. Краткие сведения о пиротехнических ик-излучателях
- •Характеристики пиротехнических ик-излучателей
- •Энергетические характеристики пиротехнических источников ик-излучения
- •Энергетические величины и единицы
- •§ 9. Фотометрирование и радиометрирование пламен пиротехнических составов
- •Глава XII фотоосветительные составы
- •§ 1. Ночное воздушное фотографирование
- •§ 2. Фотоматериалы
- •§ 3. Фотоавиабомбы
- •§ 4. Фото патроны
- •Основные характеристики фотоосветительных патронов
- •§ 5. Фотосоставы. Факторы, влияющие на светотехнические характеристики вспышек и свойства фотосоставов
- •Светотехнические характеристики фотосмесей, содержащих кс104 и металлические горючие в стехиометрических соотношениях (ст) и с перегрузкой горючим (п) в количестве h'/ol против стехиометрии [119]
- •§ 6. Методы определения характеристик фотовспышек
- •§ 7. Световые имитаторы, фотозаряды-маркеры
- •Глава XIII трассирующие составы
- •§ 1. Трассирующие средства
- •Назначение трассеров и требования к ним
- •Классификация трассирующих средств
- •§ 2. Краткие сведения об устройстве трассеров Трассирующие пули
- •Артиллерийские снаряды
- •Снаряды с самоликвидацией через трассер
- •Трассеры к управляемым реактивным снарядам (pc) и авиабомбам. Специальные виды трассеров
- •§ 3. Трассирующие составы
- •§ 4. Воспламенительные составы для трассеров
- •§ 5. Факторы, влияющие на эффективность трассирующих составов и трассеров
- •§ 6. Видимость трассы и расчет необходимой силы света пламени
- •§ 7. Испытания трассеров
- •Глава XIV составы сигнальных огней
- •§ 1. Системы сигнализации. Требования, предъявляемые к составам
- •§ 2. Характер излучения пламени
- •§ 3.Разработка рецептов составов и основные требования к их компонентам
- •§ 4. Составы желтого огня
- •§ 5. Составы красного огня
- •§ 6. Составы зеленого огня
- •§ 7. Составы синего и белого огня
- •§ 8. Методы испытания
- •Глава XV зажигательные составы
- •§ 1. Зажигательные средства и зажигательные составы. Основные требования к составам
- •§ 2. Классификация зажигательных средств и составов Зажигательные средства
- •Зажигательные составы
- •§ 3. Составы с порошками металлов и окислителями — солями и применение их в малокалиберных снарядах
- •Воспламенение и горение жидких топлив
- •§ 4. Термитно-зажигательные составы
- •§ 5. Сплав «электрон» и его применение
- •§ 6. Смеси на основе нефтепродуктов напалм
- •§ 7. Фосфор и его соединения
- •§ 8. Галоидные соединения фтора
- •§ 9. Прочие зажигательные вещества и смеси
- •§ 10. Методы испытания зажигательных составов
- •Глава XVI составы маскирующих дымов
- •§ 1. Общие сведения об аэрозолях
- •§ 2. Способы получения аэрозолей.
- •§ 3. Составы маскирующих дымов и предъявляемые к ним требования
- •Глава XVII составы цветных дымов
- •§ 1. Цветные облака и способы их получения
- •§ 2.Красители
- •§ 3. Составы цветных дымов
- •Глава XVIII твердые пиротехнические топлива
- •§ 1. Классификация и энергетические характеристики
- •§ 2. Эксплуатационные требования
- •§ 3. Окислители
- •§ 4. Органические и металлические горючие
- •Глава XIX безгазовые составы
- •Глава XX воспламенительные составы. Газогенераторные составы. Прочие виды составов
- •§ 1. Воспламенительные составы и предъявляемые к ним требования
- •§ 2. Воспламенительные составыдля ракетных двигателей
- •§ 3. Газогенераторные составы
- •Высокоазотные газогенераторные составы по данным [117] в процентах
- •§ 4. Прочие виды составов
- •Глава XXI применение пиротехнических составов в народном хозяйстве
- •§ 1. Составы для получения химикатов
- •§ 2. Использование энергии пиротехнических составов
- •§ 3. Спичечные составы
- •§ 4. Фейерверочные составы
- •Глава XXII основы технологии и оборудование пиротехнического производства
- •§ 1. Подготовка компонентов
- •Техническая характеристика шкафа
- •§ 2. Приготовление составов
- •§ 3.Уплотнение составов
- •§ 4. Снаряжение и сборка изделий
- •Приложения
- •Список литературы
- •Оглавление
§ 5. Определение температуры горения
Определение температуры горения пиросоставов имеет большое значение, так .как яляется критерием для оценки существующих составов и облегчает создание новых, более совершенных составов.
Температуру горения можно определить:
1) вычислением по формуле (6.6) (см. ниже). При этом используется общеизвестное положение, что температура горения равна ее теплоте, деленной на суммарную теплоемкость продуктов реакции горения;
2) .непосредственным намерением пр,и помощи оптических пирометров ил'и термопар (см. § 6 этой главы).
Известно, что в разных зонах пл.амя имеет разную температуру. Расчетным путем .может 'быть найден только верхний предел температуры или,.иначе .говоря, максимальная температура пламени. Однако этот способ определения температуры не .всегда приемлем 'из-за отсутствия точных данных о теплоемкости многих соединений при высоких температурах (выше 2000° С); для многих соединений не определены с достаточной точностью скрытые теплоты испарения. Кроме того, в действительности, температура горения должна быть значительно ниже вследствие затраты тепла на термическую диссоциацию продуктов горения, а также вследствие тепловых потерь в окружающее пространство.
Удовлетворительные результаты вычисления температуры горения описываемым ниже способом с использованием формулы (6.6) могут быть получены в том случае, если искомая температура не превышает 2000—2500° С. В противном случае могут быть .получены только ориентировочные данные.
Так .как при горении пиросоставов обычно имеется возможность для расширения газов, то при расчетах пользуются значениями теплоемкости Српри постоянном давлении. Молекулярные теплоемкости газовСрпри постоянном объеме и при постоянном давленииСусвязаны соотношением
(6.1) кал/ (г • моль -град)
Ср = Су+А,
где л'—газовая постоянная, равная 1,98
[8,29 Дж/(г-моль-град)].
В табл. 6.5 приведены полученные опытным путем значения молекулярной теплоемкости Ср при различной температуре для двух- и трехатомных газов и водяного пара.
Таблица 6.5
Значения средней молекулярной теплоемкости газов Ср (кал/град; 1 кал =4,186 Дж)
Интервал темпера |
Нг, N», Oa, СО |
Нар |
со, |
Интервал темпера |
Н;, N„. 0;, СО |
H„0 |
со; |
туры, °С |
|
|
|
туры, °С |
|
|
|
0—100 |
7,0 |
8,0 |
9,1 |
0—2000 |
7,7 |
10,3 |
12,3 |
0—500 |
7,1 |
8,3 |
10,3 |
0—2500 |
7,8 |
11,4 |
12,5 |
0—1000 |
7,3 |
8,8 |
11,3 |
0—3000 |
8,0 |
12,8 |
12,7 |
0—1500 |
7,5 |
9,5 |
11,9 |
|
|
|
|
Для простых веществ, находящихся в твердом состоянии, грубо приближенно можно считать (согласно правилу Дюлонга 72 и Пти), что их грамм-атомная теплоемкость при высоких температурах равна или больше 6,4 кал/град (36,8 Дж/град).
Для соединений, находящихся в твердом состоянии при высоких температурах, молекулярная теплоемкость (табл. 6.6) приближенно равняется сумме атомных теплоемкостей составляющих его элементов (правило Неймана — Коппа).
Таблица 6.6 Средняя молекулярная теплоемкость твердых веществ Ср
Символ |
Температура. °С |
с? |
Символ |
Температура, °C |
°р |
Fe |
20—1500 |
9,6 |
КС1 |
400 |
13,3 |
Си |
20—1500 |
9,4. |
А^Оз |
30—1100 |
27,7 |
NaCI |
20—785 |
13,6 |
А40з |
30—1500 |
28,1 |
MgO |
20—1735 |
12,1 |
AlaOj |
20—2030 |
28,5 |
MgO |
20—2370 |
14,0 |
BaClz |
100 |
19,6 |
MgO |
20—2780 |
14,3 |
BaCOj |
1000 |
31,8 |
Примечание. 1 кал=4,186 Дж. |
Теплоемкость вещества в жидком состоянии обычно больше, чем в твердом. Иногда приближенно принимают теплоемкость жидких высоко плавящихся веществ равной 1,3 Ср твердых тел. Скрытая теплота плавления (испарения). Для многих простых веществ справедлива формула
Qs-= 0,002— 0,003, (6.2) Ts
где Qs —теплота плавления в ккал/г-атом;
7's—температура плавления в К.
Однако зависимость эта оправдывается с достаточной точностью далеко не для всех простых веществ.
Зяачение Qs для многих неорганических соединений может быть приближенно вычислено по эмпирической формуле
Q^=0,002n(в кДж 0,008га), (6.3)Ts
где п —число атомов в молекуле соединения.
Скрытая теплота испарения вещества уменьшается с повышением температуры.
Для воды теплота испарения составляет при 100° С 9,7 ккал/ моль i(39,6 кДж/моль).
Зависимость между теплотой кипения Qn в ккал/моль (кДж/моль) и температурой кипения жидкости Гк в К выражается формулой Трутона:
Qк-=0,02ккал (0,08 кДж). (6.4)
'к
Для многих (в особенности высококипящих) неорганических соединений Ок может быть с большей точностью, чем по формуле Трутона, вычислена по эмпирической формуле, предложенной автором:
Qк
-------- = 0,011*n ккал/моль
Tк
Очевидно, теплота испарения (кипения) соединений значительно больше теплоты их плавления.
Максимальную температуру горения вычисляют по формуле
t = Q - E (Qs + Qk) / E Cp
где Q—теплота горения;
E Ср — сумма теплоемкостей продуктов горения;
E(Qs+Qk.)—сумма скрытых теплот плавления и кипения
продуктов горения.
Пример 3.Вычислить максимальную температуру пламени состава красного огня, содержащего 65% КСlOз, 20% SrСОз и 15 % C13H12O2 (идитола).
Реакция горения приближенно может быть выражена уравнением
7,1 КС10з+ l,8SrC03+C13H1202=7,l KC1 +1,85гСОз+ +6Н20 пар+4,ЗС02+8,7СО.
Расчет теплоты горения ведется в ккал (1 ккал =4,11186 кДж) с использованием закона Гесса
Ниже приводится теплота образования начальных и конечных продуктов реакции; теплота образования идитола принята равной 0,74 ккал/г.
Для Н20 пар. .... 6.57,4=344
Для СО2 ...... 4,3.94=404
Для СО2 ......8,7-26=22б
Для КСl . . . . 7,1.106=752
--------------------------------------
.................................1726 ккал
Для C13H1202 . . . 0,74.200=148
Для КСlOз ..... 7,1.96=682
-----------------------------
.................................803 ккал
Количество тепла, выделяющееся при горении, равно 1726—830=896 ккал.
Теплоемкость Ср газов и водяного пара в интервале О—1500° С (см. табл. 6.7) равна:
для Н2О. ....... 6.9,5=57,0
для С02. . . . . . . . 4,3.11,9=51,2
для СО . . . . . . . . 8,7.7,5=65,2
-------------------------------------------
173,4
Теплоемкость KC1 и SrСОз принимаем равной соответственно 12,8 и 32,0 кал/град моль и суммируем Отсюда
12,8*7,1=90,9
32,0 1,8=57,6
------------------------
148,5
и окончательно
E Ср= 173,44-148,5=321,9 кал/град,
откуда
t=567*1000 / 321,9 = 1760 C
Если бы мы приняли во внимание частично протекающую в пламени термическую диссоциацию: SrCO3=SrO+CO2, то при расчете получили бы значение температуры порядка 1600° С.
Аналогичным методом был проведен расчет [23] для стехиомегрической смеси (WОз+2А1) и сделан вывод, что температура горения не должна превышать температуру кипения Аl2Оз, т. е. должна быть равной примерно 3000° С.
Необходимо еще раз отметить, что если температура горения превышает 2000—2500° С, то данные, полученные расчетным путем, являются лишь ориентировочными, а потому могут быть полезными только при сравнении между собой составов, резко обличающихся по своему рецепту.
Для ракетных топлив требуется высокая точность расчета температуры горения и других характеристик процессов горения. В этом случае для вычисления температуры горения выполняются весьма трудоемкие расчеты, при которых учитываются процессы термической диссоциации и испарения продуктов грения. Исходные данные для таких расчетов имеются в справочнике [86].