火药课程设计任务书学生版.docx
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火药课程设计任务书学生版
火药课程设计书
班级：
学号：
姓名:
同组人姓名：
年月日至年月日
南京理工大学
目录
（自己补充）
1.课程设计任务书
1.1设计任务
1.1.1配方设计
●通过平衡常数法，设计均质火药配方，计算设计火药的能量示性数；
●通过内能法，设计复合火药配方，计算设计火药的能量示性数；
●均质火药组成：
硝化棉（12%N），硝化甘油，二硝基甲苯，二号中定剂，凡士林，硬脂酸铅。
各成分推荐值（%）：
50-60，25-30，10，3，1.2，1.8；
●复合火药组成：
过氯酸铵，环氧树脂（含固化剂），苯二甲酸二丁酯，三氧化二铁。
各成分推荐值（%）：
65-75，25-35，10，1；
设计中忽略催化剂硬脂酸铅和Fe2O3成分。
1.1.2推进剂制造
●设计完成的复合火药制造；
●测燃烧的药条注装。
1.1.3推进剂燃烧实验
●0.1MPa下的燃速测定；
1.2设计要求
●采用平衡常数法和内能法对设定的火药配方进行能量示性数计算，包括定容、定压的爆热、爆温，比容，火药力，氧平衡系数等；
具体为通过平衡常数法，设计均质火药配方，计算设计火药的能量示性数；通过内能法，设计复合火药配方，计算设计火药的能量示性数；
●给出环氧树脂复合火药的制造工艺路线和条件；
●完成复合火药的制造、性能测试和分析；
●完成火药课程设计报告。
●报告要求：
能量设计：
设计参数表、设计计算程序、两种算法的结果分析；
火药制造：
组分性质、火药制造工艺流程图；
性能测试：
测试原理、测试装置、测试结果、结果分析。
2.推进剂配方设计
2.1均质火药配方设计及计算
2.1.1均质火药的组成
均质火药组成：
硝化甘油，硝化棉（12%N）,二硝基甲苯，二号中定剂，凡士林，硬脂酸铅。
各成分质量分数（%）：
表2-1均质火药各成分的相关参数（忽略催化剂硬脂酸铅）
化合物
化学式
分子量
1kg化合物中各元素的克原子数
生成热
KJ/kg
AC
AH
AO
AN
硝化甘油
C3H5O9N3
227.09
13.210
22.017
39.631
13.210
1639.79
硝化棉
（N：
12%）
[C6H7O2（OH）3-r（ONO2）r]n
162+45r
（263.72）
22.740
29.333
36.083
8.567
2753.07
二硝基甲苯
C7H6O4N2
182.13
38.433
32.943
21.962
10.981
374.47
二号中定剂
C15H16O9N2
240.29
62.424
66.585
4.162
8.323
254.18
凡士林
C18H18
254.48
70.730
149.322
0
0
1998.28
以下以均质火药为例求燃烧产物的成分。
均质火药的燃烧反应方程为，
式中，、、、和—分别是CO2、CO、H2O、H2和N2的摩尔数（mol/kg）。
由燃烧化学反应的质量守恒，例如：
C23.122H29.770O33.578N9.784有：
（2-1）
式（2-1）中四个未知数，但只有三个方程需再建一个方程。
采用平衡法计算均质火药的能量示性数。
在CO2、CO、H2O、H2和N2等燃烧产物之间存在相互转化和相互平衡，其中水煤气方程是主要的化学平衡方程。
因此，可以利用水煤气方程给出燃烧产物解中所缺的第四个方程。
水煤气方程为：
水煤气反应是可逆反应。
这一反应与压力无关，与温度有关。
它的平衡常数为：
给定温度的反应平衡常数可以通过表2-2查得。
表2-2水煤气反应平衡常数
2000
4.555
0.2813
1.2813
3600
8.248
0.1380
1.1382
2100
4.910
0.2558
1.2560
3700
8.370
0.1357
1.1358
2200
5.242
0.2357
1.2355
3800
8.484
0.1336
1.1335
2300
5.562
0.2192
1.2192
3900
8.580
0.1319
1.1317
2400
5.854
0.2060
1.2059
4000
8.685
0.1301
1.1299
2500
6.135
0.1947
1.1945
4100
8.770
0.1287
1.1287
2600
6.398
0.1853
1.1855
4200
8.862
0.1272
1.1272
2700
6.648
0.1771
1.1770
4300
8.940
0.1259
1.1255
2800
6.875
0.1702
1.1701
4400
9.009
0.1249
1.1252
2900
7.091
0.1642
1.1643
4500
9.070
0.1239
1.1238
3000
7.286
0.1588
1.1586
4600
9.128
0.1230
1.1227
3100
7.482
0.1543
1.1545
4700
9.184
0.1222
1.1223
3200
7.657
0.1502
1.1500
4800
9.236
0.1214
1.1213
3300
7.822
0.1466
1.1466
4900
9.282
0.1207
1.1203
3400
7.971
0.1435
1.1438
5000
9.322
0.1202
1.1205
3500
8.114
0.1406
1.1408
为了便于计算，可以将变成Ai和K的函数。
（2-2）
由方程（2-2）式可知，除了K为未知量外，其均是已知量。
因此，可以假设一个温度T*，利用表2-2查得一个K值，代入方程（2-2），解得，代入方程组，分别取得、、和。
2.1.2火药爆热的计算
定压爆热：
（2-3）
式中：
，，…—火药燃烧产物中CO2，CO，H2O…i产物的生成热,kJ/mol；
—火药的生成热,kJ/kg。
火药的生成热计算公式：
（2-4）
式中，—火药中第j种组分的生成热,kJ/mol；
—火药中第j种组分的百分含量；
—火药中第j种组分的分子量
定容爆热：
即
2.1.3爆温的计算
知道爆热和产物成分后，可以利用爆温定义和热力学公式求解火药的爆温。
（K）（2-5）
式中，—燃烧产物在温度298K-Tv区间的平均定容热容，J/mol.K
均质火药主要燃烧产物的定容热容（J/mol.K）为：
式中，
；
。
爆温计算，
（1.6）
（1.7）
（1.8）
2.1.4比容的计算
每摩尔气体，在标准状态下，所占体积约为22.41升。
1kg火药燃烧生成的气体在标准状态下的体积为:
2.1.5火药力的计算
fv=nRTv=（）RTv
2.1.6氧平衡的计算
OB=[c-（2a+0.5b）]×16/Mr
2.1.7小结
1.在配方组成为：
表2-3均质火药配方
硝化棉（12%N）
硝化甘油
二硝基甲苯
二号中定剂
凡士林
硬脂酸铅
表2-4均质火药各示性数
Qp（KJ/kg）
Qv（KJ/kg）
Tv（K）
V（L/kg）
f（KJ/kg）
OB（g/g）
（注：
平衡常数法原理简单，但运算量过大，需较为准确估计爆温，才能迅速得出答案。
也可以采用内能法、简化法、表算法等计算能量示性数。
）
2.2复合火药配方设计及计算
2.2.1复合火药的组成
例如：
复合火药组成：
过氯酸铵72.5%,环氧树脂（含固化剂）16.5%,苯二甲酸二丁酯10%,三氧化二铁1%。
表2-5复合火药各成分的相关参数
化合物
化学式
分子量
1㎏化合物中各元素的克原子数
生成热
KJ/mol
Acl
Ac
AH
AO
AN
过氯酸铵
NH4ClO4
117.50
8.511
0
34.043
34.043
8.511
290.45
环氧树脂
（C18H20O3）n
284.36
0
63.30
70.334
10.55
0
297.44
苯二甲酸二丁酯
C16H22O4
278.34
0
57.484
79.04
14.371
0
829.59
火药的分子式
AC=16.193，AH=44.190，AO=27.859，AN=6.170，Acl=6.170
C16.193H44.190O27.859N6.170Cl6.170
火药的生成热
=2471.95×0.725＋1046×0.165＋2980.50×0.1
=2262.80KJ/kg
2.2.2内能法计算火药的能量示性数（计算时忽略Al）
对于复合火药，仍然是和的函数，具体表达式为
经过Exel运算得以下数据：
表2-6火药的（△H、Qp、△U、Qv）～T关系
T
Qp
Qv
△U
△H
2000
2618.403
2720.907
2005.596
2591.018
2200
2593.999
2696.504
2267.253
2921.485
2400
2574.84
2677.345
2539.228
3262.251
2600
2559.58
2662.085
2813.341
3605.157
2800
2547.386
2649.891
3091.59
3952.214
3000
2537.662
2640.167
3373.656
4303.072
3200
2529.44
2631.944
3659.011
4657.236
3400
2522.855
2625.359
3947.443
5014.46
对上表数据用Origin软件进行作图：
图1火药的（△H、Qp、△U、Qv）～T关系图
由Origin读取图中交点可知：
Qp=2601.670kJ/kgTp=2014.886K
Qv=2680.255kJ/kgTv=2508.258K
由图中所读取的数据可知以Tv≈2500K计算各示性参数。
查Excel可知当Tv=2500K时：
比容：
火药力：
f=nRTv=RTv
氧平衡：
2.2.3小结
复合火药组成：
表2-7复合火药成分
过氯酸铵
环氧树脂（含固化剂）
苯二甲酸二丁酯
三氧化二铁
表2-8复合火药各示性参数
Qp（KJ/kg）
Qv（KJ/kg）
Tv（K）
V（L/kg）
f（KJ/kg）
OB（g/g）
（注：
内能法需一次假设多个温度，但
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