Рабочая программа дисциплины Химическая физика энергоёмких материалов

Федеральное агентство по образованию

Бийский технологический институт

(филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. »

  «Утверждаю»

Декан факультета ХТМ

                                                                          _________

«____»________2005 г.

Кафедра «Химическая технология органических соединений азота»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

       

                       

Шифр и наименование дисциплины	СД. 02 Химическая физика энергоёмких материалов
Статус дисциплины	обязательная
Специальность	251100
Формы обучения	дневная
Объем дисциплины	204 часа

                       

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПО СЕМЕСТРАМ

Номер семестра	Учебные занятия	Число курсов. проектов (работ) Расч. заданий	Форма итоговой аттестации (зачет, экз.)
Общий объем	В том числе
Всего	Аудиторные	Самост. работа
Из них
лекции	лабор	практ
6	204	119	51	34	34	85	-	Зач. экз.

Рабочая программа составлена на основании ГОС и рабочего учебного плана специальности 251100.

Разработчики: доцент, к. т.н. __________________

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ХТОВ

       «____»___________ 2005 г.  № протокола _____

Заведующий кафедрой _______________

       Одобрена методической комиссией факультета химической технологии и машиностроения

       

        «____»______________ 2005 г.

Председатель                        

Цели и задачи дисциплины, её  место в учебном процессе

1.1.        Химическая физика энергоёмких материалов относится к специальным дисциплинам и является базовой. В рамках этого курса рассматриваются основы теории ВВ как энергоёмких материалов, особенности их термического разложения в различных режимах, а также физико-химические аспекты самих процессов разложения и процессов воздействия на среду, связанных с разложением ЭМ.

       Целью преподавания дисциплины является повышение уровня подготовки студентов по специальным дисциплинам, а именно: ознакомление студентов с физикой процессов термического разложения в различных энергетических материалах, методологией  исследования свойств энергетических материалов, применением основных результатов теории в промышленности боеприпасов, при транспортировании и применении энергетических материалов и эксплуатации специзделий; обзор современного состояния и тенденций развития физики горения и взрыва.

Задачи изучения дисциплины.

В результате изучения дисциплины студенты должны хорошо усвоить основные понятия теорий  медленного термического разложения, горения и детонации ЭМ, освоить методологию определения физико-химических свойств ЭМ, овладеть инженерными расчётными методами, изучить приложения и прикладные методы теории.

1.3. Перечень дисциплин, изучение которых необходимо для данной дисциплины.

Программа составлена в расчёте на знание студентами курсов интегрального и дифференциального исчисления, общей физики, классической термодинамики и газовой динамики, основ химии.

2 Содержание дисциплины

2.1. Содержание лекций.

2.1.1.	Введение в курс. Понятие об энергоёмких материалах и их роли в технической деятельности человека. Предмет химической физики энергоёмких материалов. Особенности химического строения энергоёмких материалов (эксплозофорные комплексы).	– 2 часа
2.1.2.	Классификация энергоёмких материалов. Особенности классифицирования энергоёмких материалов, связанные с химическим составом, агрегатным состоянием и областями применения.	– 2 часа
2.1.3.	Основы химической кинетики превращения ЭМ Процессы термического разложения веществ. Общие понятия. Экзотермические реакции. Скорость реакций. Реакционная поверхность. Условия установления самоподдерживающегося процесса. Медленное термическое разложение. Понятие о химической и физической стабильности ЭМ	– 3 часа
2.1.4.	Ускорение химических реакций. (Тепловое  и автокаталитическое самоускорение реакций).	– 2 часа
2.1.5.	Основы термохимии и термодинамики превращения ЭМ Взрывоподобные превращения веществ. Явление взрыва. Определения. Отличительные признаки процесса.	– 2 часа
2.1.6.	Состав продуктов взрыва. Кислородный баланс. Методы расчёта состава продуктов взрыва.	– 2 часа
2.1.7.	Теплота взрывчатого разложения, теплота сгорания и теплота образования. Объём продуктов взрыва.	– 2 часа
2.1.8.	Методы расчёта теплоты взрывчатого разложения, теплоты сгорания, теплоты образования и объёма продуктов взрыва.	-  2 часа
2.1.9.	Основы газо-гидродинамики процессов превращения ЭМ Горение. Общие представления о физической картине процесса (стационарное и нестационарное горение). Основы теории инициирования горения. Законы горения. Зависимость скорости горения от различных физических факторов.	– 2 часа
2.1.10.	Горение газовых и пылегазовых смесей. Понятие о концентрационных пределах горения и критических условиях устойчивого горения. Горение конденсированных веществ. Особенности горения летучих и нелетучих веществ.  Переход горения в детонацию.	– 2 часа
2.1.11.	Детонация. Общие представления физического процесса. Гидродинамическая теория детонации. Основы теории инициирования детонации. Понятие о чувствительности ЭМ.	– 2 часа
2.1.12.	Общие сведения из теории ударных волн. Понятие ударной и акустической волн.	– 2 часа
2.1.13.	Основные уравнения теории ударных волн. Понятие ударной адиабаты	– 2 часа
2.1.14.	Уравнения состояния в процессе детонационного превращения вещества. Адиабата Гюгоньо и прямая Михельсона.	–2 часа
2.1.15.	Основные модели детонационной волны. Режимы распространения детонационной волны. Основные механизмы детонации.	– 2 часа
2.1.16.	Скорость детонации как основная характеристика процесса. Зависимость скорости детонации от различных факторов.	– 2 часа
2.1.17.	Предельные и критические условия протекания детонации. Понятие критического и предельного диаметров, критической и предельной длины, критической толщины слоя ВВ. Физическая основа этих понятий.	– 2 часа
2.1.18.	Понятие о работе продуктов превращения ЭМ Продукты сгорания как рабочее тело во внутрибаллистических процессах.  Энергия продуктов сгорания. Энергия и мощность взрыва. Поражающие факторы взрыва. Бризантность и фугасность.  Работоспособность ВВ.	–  2 часа
2.1.19.	Основы теории кумуляции.	- 2 часа
2.1.20.	Метание твёрдых тел продуктами детонации	- 2 часа
2.1.21.	Экспериментальные методы Определение теплоты взрывчатого разложения, теплоты сгорания  и объёма продуктов взрыва.	-  2 часа
2.1.22.	Определение состава продуктов взрыва.	- 2 часа
2.1.23.	Определение скорости детонации, скорости звука, массовой скорости в детонационной волне.	- 2 часа
2.1.24.	Определение профиля давлений и температур в детонационной волне.	-  2 часа
2.1.25.	Тесты на бризантность и фугасность	–  2 часа

       2.2. Содержание лабораторных занятий.

При выполнении лабораторных студент приобретает основные экспериментальные навыки обращения с ЭМ – хранение, взвешивание, заполнение специальных ячеек для определения чувствительности к тепловому импульсу, знакомится с приборами для определения различных характеристик ВВ. На основе полученных данных делает выводы о безопасности производства данного конкретного ЭМ.

2.2.1. Лабораторная работа №1

       Ознакомление студентов с особенностями обращения с ВВ при выполнении лабораторных работ. Тщательное изучение инструкции по работе с ВВ, инструктаж – 6 часов.

  2.2.2. Лабораторная работа №2

Определение воспламеняемости пылевоздушных смесей – 6 часов.

2.2.3. Лабораторная работа №3

Определение теплоты сгорания ВВ калориметрическим способом – 6 часов.

2.2.4. Лабораторная работа №4

Определение чувствительности к тепловому импульсу – 6 часов.

2.2.5. Лабораторная работа №5

Определение чувствительности к удару на копре Каста-Козлова – 6 часов.

2.2.6. Лабораторная работа №6 

Определение чувствительности к трению – 4 часа.

2.3. Содержание практических занятий.

2.3.1. Понятие о кислородном балансе и кислородном коэффициенте ВВ. Их расчет для индивидуальных ВВ и смесевых – 2 часа.

2.3.2. Составление смесевых ВВ по заданному значению кислородного баланса – 2 часа.

2.3.3. Составление уравнений взрывчатого превращения – 8 часов.

2.3.4. Расчет теплоты образования ВВ по Каррашу – 2 часа.

2.3.5. Расчет теплоты образования газообразных продуктов взрыва по уравнению взрывчатого превращения и с использованием коэффициента реализации (методика Артакадемии) – 6 часов.

2.3.6. Расчет удельной теплоты взрывчатого превращения – 2 часа.

2.3.7. Расчет плотности ПД и скорости детонации – 4 часа.

2.3.8. Расчет температуры взрыва – 2 часа.

2.3.9. Расчет работоспособности и бризантности ВВ – 4 часа.

2.3.10. Контрольная работа – 2 часа.

2.4. Самостоятельная работа студентов.

2.4.1. Выполнение домашнего задания по расчету кислородного баланса и кислородного коэффициента – 6 часов.

2.4.2. Выполнение домашнего задания по составлению смесевых ВВ. Подготовка к коллоквиуму по теме «Принципы классифицирования ЭМ». – 6 часов.

2.4.3. Выполнение домашнего задания по составлению уравнений взрывчатого превращения. Подготовка к коллоквиуму по разделам: «Виды химического превращения ЭМ,  медленное химическое превращение ЭМ, стойкость ЭМ, ускорение химических реакций.» - 6 часов.

2.4.4.  Выполнение домашнего задания по расчету удельной теплоты взрыва. Подготовка к коллоквиуму по теме «Основы термохимии и термодинамики  превращения ЭМ» - 12 часов.

2.4. 5. Выполнение домашнего задания по расчетам скорости детонации, плотности, температуре взрыва.  Подготовка к коллоквиуму по теме «Теория горения. Гидродинамическая теория детонации, понятие о детонационной волне, фронте детонации, детонация газов, конденсированных ЭМ.» - 15 часов.

2.4.6. Выполнение домашнего задания по расчету работоспособности и бризантности ВВ. Подготовка к коллоквиуму по теме «Уравнения состояния в процессе детонационного превращения вещества. Адиабата Гюгоньо и прямая Михельсона.» - 15 часов.

2.4.7. Подготовка к коллоквиуму по теме «Ударные волны». - 10 часов.

2.4.8. Подготовка к коллоквиуму по теме «Работоспособность ВВ, фугасное и бризантное действие ВВ». Подготовка к зачету – 15 часов.

               

План лекций

№

Краткое содержание лекций

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Введение в курс. Понятие об энергоёмких материалах и их роли в технической деятельности человека. Предмет химической физики энергоёмких материалов. Особенности химического строения энергоёмких материалов (эксплозофорные комплексы). Классификация энергоёмких материалов. Особенности классифицирования энергоёмких материалов, связанные с химическим составом, агрегатным состоянием и областями применения. Основы химической кинетики превращения ЭМ Процессы термического разложения веществ. Общие понятия. Экзотермические реакции. Скорость реакций. Реакционная поверхность. Условия установления самоподдерживающегося процесса. Медленное термическое разложение. Понятие о химической и физической стабильности ЭМ. Ускорение химических реакций. (Тепловое  и автокаталитическое самоускорение реакций). Основы термохимии и термодинамики превращения ЭМ Взрывоподобные превращения веществ. Явление взрыва. Определения. Отличительные признаки процесса. Состав продуктов взрыва. Кислородный баланс. Методы расчёта состава продуктов взрыва. Теплота взрывчатого разложения, теплота сгорания и теплота образования. Объём продуктов взрыва. Методы расчёта теплоты взрывчатого разложения, теплоты сгорания, теплоты образования и объёма продуктов взрыва. Основы газо-гидродинамики процессов превращения ЭМ Горение. Общие представления о физической картине процесса (стационарное и нестационарное горение). Основы теории инициирования горения. Законы горения. Зависимость скорости горения от различных физических факторов. Горение газовых и пылегазовых смесей. Понятие о концентрационных пределах горения и критических условиях устойчивого горения. Горение конденсированных веществ. Особенности горения летучих и нелетучих веществ.  Переход горения в детонацию. Детонация. Общие представления физического процесса. Гидродинамическая теория детонации. Основы теории инициирования детонации. Понятие о чувствительности ЭМ. Общие сведения из теории ударных волн. Понятие ударной и акустической волн. Основные уравнения теории ударных волн. Понятие ударной адиабаты. Уравнения состояния в процессе детонационного превращения вещества. Адиабата Гюгоньо и прямая Михельсона. Основные модели детонационной волны. Режимы распространения детонационной волны. Основные механизмы детонации. Скорость детонации как основная характеристика процесса. Зависимость скорости детонации от различных факторов. Предельные и критические условия протекания детонации. Понятие критического и предельного диаметров, критической и предельной длины, критической толщины слоя ВВ. Физическая основа этих понятий. Понятие о работе продуктов превращения ЭМ Продукты сгорания как рабочее тело во внутрибаллистических процессах.  Энергия продуктов сгорания. Энергия и мощность взрыва. Поражающие факторы взрыва. Бризантность и фугасность.  Работоспособность ВВ. Основы теории кумуляции. Метание твёрдых тел продуктами детонации. Экспериментальные методы Определение теплоты взрывчатого разложения, теплоты сгорания  и объёма продуктов взрыва. Определение состава продуктов взрыва. Определение скорости детонации, скорости звука, массовой скорости в детонационной волне. Определение профиля давлений и температур в детонационной волне. Тесты на бризантность и фугасность.

4. Учебно – методическая карта

Дисциплины: «Химическая физика энергоемких материалов».

4.1. График аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов на шестой семестр.

Наименование вида работ

Номер недели

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

лекции

**

**

**

**

*

**

*

**

*

**

*

**

*

*

*

*

*

практические занятия

**

*

**

*

**

*

**

*

*

*

*

**

лабораторные занятия

*

*

*

*

*

*

коллоквиумы

*

*

*

*

*

*

*

контрольные работы

*

Продолжение учебно-методической карты дисциплины: «Химическая физика энергоемких материалов» на шестой семестр.

Номер недели	Номер темы	Наименование вопросов, изучаемых на лекции	Занятия	СРС	Форма контроля
Практические занятия	Лаб. работы	Содержание	Часы
1	2	3	4	5	6	7	8
1	2.1.1.	Предмет химической физики энергоемких материалов. Химическое строение  ЭМ. Понятие об эксплозофорных комплексах, их влияние на взрывчатые свойства ЭМ
1	2.1.2.	Классификация ЭМ.
2	2.1.3.	Процессы химического превращения (ХП), протекающие в ЭМ. Медленное термическое разложение. Химическая и физическая стойкость.	2.4.2	2
2	2.1.4.	Механизмы  самоускорения термического разложения ЭМ.	2.4.2	2
3	2.1.5.	Понятие о взрыве, виды взрывов. Основные факторы обуславливающие возможность протекания взрывчатого превращения (ВП).
3	2.1.6.	Уравнение ВП, составление уравнений ВП для ЭМ четырех групп в зависимости от кислородного баланса, состав газообразных продуктов.	2.4.1.	6
4	2.1.7.	Теплоты взрыва и сгорания, параметры состояния продуктов взрыва. Расчетные методы определения основных параметров ВП. Объём продуктов взрыва.	2.4.2. 2.4.3.	2 2
4	2.1.8.	Методы расчёта термодинамических  и термохимических параметров ЭМ.	2.2.1	2.4.4.	4	Коллоквиум
5	2.1.9.	Горение, общие закономерности, основы теории инициирования. Основные факторы, влияющие на скорость горения..	2.3.1.; 2.3.2.	2.4.3.	4
1	2	3	4	5	6	7	8
6	2.1.10.	Горение и взрыв пылевоздушных и газо-воздушных смесей, концентрационные пределы горючести, переход горения в детонацию, понятие о преддетонационном участке. Горение конденсированных ЭМ, особенности их горения,  переход горения в детонацию.	2.3.3. (4 часа)	2.4.4.	8
6	2.1.11.	Детонация. Гидродинамическая теория детонации. Основы теории инициирования детонации, понятие о чувствительности ЭМ.	2.4.5.	4	Коллоквиум
7	2.1.12.	Теория ударных волн, понятие ударной и акустической волн.	2.3.3.	2.2.2	2.4.5.	4
8	2.1.13.	Основные уравнения теории ударных волн. Понятие ударной адиабаты.
8	2.1.14.	Уравнения состояния в процессе детонационного превращения. Адиабата Гюгонио, прямая Михельсона, точка Жуге, понятие о «химическом пике».	2.3.3.	2.2.3	Коллоквиум
9	2.1.15.	Основные модели детонационной волны, режимы распространения и механизмы  детонации.	2.3.4. ; 2.3.5.	2.4.5.	7
10	2.1.16.	Скорость детонации как основная характеристика процесса. Зависимость скорости детонации от различных факторов.	2.3.5.
10	2.1.17.	Понятие предельного и критического диаметров, длины, толщины слоя ЭМ.	2.2.4.	Коллоквиум
11	2.1.18.	Работа и энергия продуктов сгорания и взрыва. Поражающие факторы взрыва. Бризантность, фугасность. Работоспособность ВВ.	2.3.5. ; 2.3.6.	2.4.6.	6
1	2	3	4	5	6	7	8
12	2.1.19.	Основы теории кумуляции	2.3.7.	2.4.6.	9
12	2.1.20.	Метание твёрдых тел продуктами детонации	2.4.7.	5	Коллоквиум
13	2.1.21.	Методы экспериментального определения теплот взрывчатого разложения, сгорания и объёма продуктов взрыва.	2.3.7.	2.2.5.	2.4.7.	5
14	2.1.22.	Методы экспериментального определения состава продуктов взрыва.	2.3.8.	2.4.8.	6	Коллоквиум
15	2.1.23.	Методы экспериментального определения скорости детонации, скорости звука, массовой скорости  в детонационной волне.	2.3.9.	2.4.8	2
16	2.1.24.	Экспериментальное определение профиля давлений и температур в детонационной волне.	2.3.9.; 2.3.10.	2.4.8	3	Коллоквиум
17	2.1.25.	Экспериментальное определение работоспособности, фугасности  и бризантности.	2.4.8.	4

Рекомендуемая литература

Физика взрыва /под редакцией . Т.1-2.-М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004 г. и . Теория взрывчатых веществ. М.; Оборонгиз, 1960. , . Теоретическая физика. Т VI. Гидродинамика. М.: Наука, 1986.-736 с. К. Юхансон, П. Персон. Детонация взрывчатых веществ. М.; Мир,1973. Детонация конденсированных и газовых систем / под ред. . М.; Наука, 1986 г. Физические процессы при горении и взрыве. М.; Атомиздат, 1980. Теория взрывчатых веществ. / под ред. . М.; Высшая школа,1967. Основы практической теории горения./под ред. . Л.; Энергия, 1973. , , . Детонационные волны в конденсированных средах. М.; Наука, 1970. , , . Ударные и детонационные волны. Методы исследования. М.: Издательство МГУ, 1990.-262 с. . Физическая химия. М.; Высшая школа,1979. . Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. Л.; Химия, 1973. Физика быстропротекающих процессов. / Под ред. . М.; Мир, 1971. , , . Промышленные  взрывчатые вещества. М.; Недра, 1988. . Пороха и взрывчатые вещества. М.; Оборонгиз, 1957. , , и др. Взрывное дело. М.; Недра, 1976. , . Сборник задач по теории ВВ. М.; Оборонгиз,1959. . Лабораторные работы по курсу теории ВВ. М.; Росвузиздат, 1963. Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики. Доклады II  Всероссийской научной конференции. Томск.: Издательство ТГУ, 2000. – 234 с. Детонация и  ударные волны. Материалы VIII Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка.: ИХФ АН СССР, 1986. – 158 с. Периодические издания: Физика горения и взрыва; ПМТФ.