Ведение в пиротехнику (Ю.О. Ладягин) / 10 / pir-10

ТЕМПЕРАТУРА ГОРЕНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ ТЕМПЕРАТУРА ГОРЕНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ  

Температуру горения пиротехнических составов определяют по формуле:

где Q — количество теплоты, выделяющееся при горении состава,

 — сумма теплоемкостей продуктов реакции [кал/град],

 — сумма скрытых теплот плавления и кипения продуктов горения [ккал],

Искомая температура горения является верхним пределом, так как формула не учитывает потери тепла на излучение и термическую диссоциацию продуктов горения.

Удовлетворительно формула работает только, если искомая температура не превышает 2000...2500°С, что недостаточно для большинства пиротехнических составов.

Определение реальной температуры горения расчетным путем достаточно сложная задача, так как приходится принимать множество допущений. Ричардс и Комтон установили, что для большинства простых веществ справедливо соотношение:

QS/TS = 0,002…0,003

где QS — теплота плавления [ккал/г-атом],

TS — температура плавления [°К].

Однако, эта зависимость достаточно точна не для всех простых веществ.

Скрытая теплота плавления также может быть вычислена по эмпирической формуле А.А. Шидловского:

QS/TS=0,002n

где n — число атомов в молекуле соединения.

Скрытая теплота испарения вещества не является неизменной, а, как правило, уменьшается с повышением температуры, при которой происходит испарение.

Зависимость между теплотой кипения QR [ккал/моль] и температурой кипения жидкости при 760 мм.рт.ст. TR [°К] выражается формулой Трутона:

QR/TR = 0,02n

или по эмпирической формуле Шидловского:

QR/TR = 0,011n

где n — число атомов в соединении

Относительно теплоемкости жидких веществ при температурах выше 1000°С указать определенные закономерности затруднительно, известно, что теплоемкость жидкого вещества больше его теплоемкости в твердом состоянии.

Для простых твердых веществ при температурах выше 1000°С можно считать, согласно Дюлонгу и Пти, что их грамм-атомная теплоемкость есть величина постоянная и равна приблизительно 6,4 кал/°С.

Для соединений в жидком состоянии при высокой температуре, в известной мере, справедливо экспериментальное правило Неймана-Коппа, согласно которому теплоемкость такого соединения равняется сумме атомных теплоемкостей составляющих его элементов.

Из сказанного ясно, что точное определение температуры горения расчетным путем достаточно проблематично и, в большинстве случаев, не имеет смысла, так как, во-первых, более надежно эта температура определяется экспериментально, а, во-вторых, может быть прикинута пиротехником на основании уже известной температуры горения исследованных составов.

Для ракетных топлив, естественно, требуется высокая точность расчета температуры горения и других характеристик продуктов горения, в этом случае выполняются компьютерные расчеты, при которых учитываются процессы диссоциации и испарения продуктов горения. Однако, поскольку основной характеристикой ракетных топлив является величина удельной тяги, точно измеряемой экспериментально, такие расчеты интересны только как метод теоретического анализа новых топлив.

В таблице 12 приведены температуры горения составов основных специальных эффектов горения.

Таблица 12. Назначение составов и максимальная температура в пламени

Составы

Максимальная температура в пламени [°С]

Фотоосветительные

2500.. .3500

Осветительные и трассирующие

2000... 2500

Зажигательные (с окислителем)

2000.. .3500

Ракетные (ТРТ)

2000... 2900

Составы сигнальных огней

1200... 2000

Дымовые

400... 1200

ВВ (температура подуктов взрыва)

1200.. 4300