工业炸药热化学参数程序化计算.pdf

2 0 1 0 年8 月工业炸药热化学参数程序化计算黄寅生等 5 工业炸药热化学参数程序化计算‘ 黄寅生付帅徐新星孙敬文 南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要] 文章介绍使用V B 程序设计语言，实现对多组分工业混合炸药的程序化计算。通过D A O D a t aA c c e s s O b j e c t 对象访问．m d b 数据库，动态数组存储计算变量，字符串函数等方法的使用，实现程序自动计算给定配方的 爆炸反应方程式及爆炸热化学参数，通过极值计算理论求得最佳的组分配比。 [ 关键词]工业炸药热化学参数计算方法V B 程序设计程序计算 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1 引言 随着我国社会经济的发展，工业炸药品种1 3 益 增多，以满足不同使用环境对炸药的爆热、爆温、做 功能力、猛度等的不同要求。传统的配方设计需通 过大量的实验及计算得出符合使用条件的配方，存 在实验量大，耗时长，成本投入高，污染严重等问题。 使用程序设计语言，编写一套可自动计算不同配方 的工业炸药的爆炸化学反应方程式、氧平衡、爆热、 爆温、比容等热化学参数的程序，可预先、快速地验 证炸药的实用性，减少实验的盲目性，缩短新品种炸 药的研制开发时间，减少实验成本投入，减少环境污 染。通过对工业炸药的热化学计算和计算机编程语 言的研究，已知有前人做过混合炸药配方关系式的 计算机推导方面的研究和探讨【1 】，但缺少对使用具 体编程语言实现程序化计算的实例和编写思路。爆 炸反应方程的书写是爆炸热化学参数计算的充分条 件，常见方法大体有理论计算法，如平衡常数法、最 小G i b b s 自由能法，经验法，常用的如B w 法，也 是本文所使用的方法⋯。美国M i c r o s o f t 公司推出 的专门用于开发运行于w i n d o w s 操作系统上的应用 程序的编程语言V i s u a lB a s i c 简称V B 是一款 面向对象的可视化编程语言，用户操作简单，使用方 便，使用D A O D a t aA c c e s sO b j e c t s 对象访问．m d b 数据库，可实现对数据方便、快捷地处理，大量动态 数组的使用可为程序的可扩展性提供条件旧引。本 文将探讨使用V B 编程语言实现对工业混合炸药爆 炸热化学参数程序化计算的具体思路及主要函数编 写过程。 1 数据库的建立 使用M i c r o s o f tI E T 数据库，生成一个后缀名为 ．m d b 的文件。此数据库可用M i c r o s o f tA c c e s s 软件 进行可视化的创建和管理，十分方便。新建两个表 表A 用来存储常用的工业炸药组分，存储项目为 组分名称、分子式、分子式中的碳 C 、氢 H 、氧 O 、氮 N 、氯 C 1 、钠 N a 、钾 K 、铝 A I 等元 素的原子数目及各组分的生成热；表B 用来存储各 种元素氧化最终产物的生成热及其卡斯特平均摩尔 热容式 c ， a 加 中的a , b 值。 2 数据库的访问 使用V B 中的D A O 对象访问方法实现程序和 数据库的对接。访问程序如下 D i md bA sD a t a b a s e D i mr e a dA sR e c o r d s e t S e td b O p e n D a t a b a s e A p p ．P a t h ＆”＼d a t a ． m d b ”，F a l s e ，T r u e S e tr e a d d b ．0 p e n R e c o r d s e t ”表” ‘记录集操作 r e a d ．C l o s e d b ．C l o s e 将表A 中的常用工业炸药组分的名称、生成热 存入一个一维动态数组中 笔者将其定义为P u b i c r u i n g a ss i n g l e ，q f 鹕s i n g l e ，不同组分的元素 原子数目存入一个二维动态数组中 定义为P u b h e y s a ss i n g l e ；表B 中生成物的名称、生成热、卡 斯特热容值分别存于4 个动态数组中 定义为P u b - l i cC W a ss t r i n g ，c w q f 鹪s i n g l e ，C v a 酗s i n g l e ，C v b a ss i n g l e 。至此完成了对数据库的访问。 3 程序设计思路 3 ．1 程序思路流程图 程序思路流程见图l 。 收稿日期2 0 1 0 - 0 4 - 2 9 作者简介黄寅生 1 9 6 2 一 ，男，博士，教授，主要从事军事化学及烟火技术研究。E m a i l h u t m g y i n s h e n g s h u t ．啪 万方数据 6 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 9 卷第4 期 查蛋至乎题翌酬釜螽鑫暑翕嚣中 廷糊1 苛 l 沿 i 至 化学反应 方程式 图1 程序设计思路流程图 3 ．2 计算初始条件的给定 程序包含3 个窗体模块和1 个标准模块。标准 模块用来存放计算中所用的全局数组变量、常量和 通用过程。窗体l 和窗体2 用来选定配方的组分及 各组分比例，窗体3 用来显示计算结果。 首先调用窗体1 ，选择配方中所含组分数，现以 最多可计算l O 种组分为例选定计算n 种组分，按 “确认”调用窗体2 ，将窗体2 中所含的1 0 个组合框 和文本框中的前n 个的v i s i b l e 属性 决定控件是否 可见，T R U E 可见，F A L S E 不可见 值设为T R U E ，第 ／1 ． 1 至第l O 个的v i s i b l e 属性值设为F A L S E 。炸药 各组分的名称通过A d d i t e m 方法添加到组分框的下 拉列表中供选择，选定组分并在其后的文本框中输 入对应比例后，按“确定”按钮则完成计算初始条件 的给定。然后利用给定组分、比例，通过各组分中所 含元素原子个数的加权求和得出假想的“单质炸 药”中各元素原子数目值。 3 ．3 配方氧平衡的计算 编写一通用函数，利用已选定各组分中所含各 元素的原子数目计算其氧平衡O B 。 氧平衡 [ c 一2 口一0 ．5 b e 一0 ．矿一0 ．5 9 h 一1 ．5 i - 2 j ] 1 6 ／M 式中a , b 、c 、e 工g 、h 、i 寸一变量如表1 所示； 卜组分的相对原子质量。 将各个组分的氧平衡值存于一数组中，然后加 权求和即得总的氧平衡。 3 ．4 爆炸化学反应方程式的书写 书写化学反应方程式是后续计算的关键，采用 分步判断逐项递减的方法可大大降低程序编写的复 杂性。现以书写反应物含1 0 种元素，生成物有1 6 种的反应方程式为例，各元素和产物所对应变量值 如表l 。 反应方程式根据经验规则B W B r i n k l e y - - w i l s o n 进行判断书写⋯】。 表I 程序变量表示对照表 物质变量物质变量 C口C a O c w x s 4 HbK C l c w x s 5 OcN a C I c 幡 6 NdN a z O咖 7 C Ie K 2 0c w 鹞 8 N a ， H C I c w x s 9 K g也OC W X S 1 0 C ahC O c 懈 1 1 A li C 0 2C W g 1 2 S {0 2C W g 1 3 e a c hC W Y ．S 1 N 2c 嘲 1 4 A I C I ，c w x s 2 C c 懈 1 5 A 1 2 0 3c w x s 3 S 0 2c w 】【s 1 6 首先，对于含硫炸药，先将其完全氧化为s O ， 其化学计量系数等于假想物质中S 的摩尔数。对于 C a 和址，当C l 足够时，生成产物为C a C l 2 、A 1 C 1 3 ，C I 不足量时生成产物为C a C l 、A I C l 3 、A I 0 3 或C a C l 、 A 1 0 ，、C a O 。剩余7 种元素的摩尔数作为实际参数 传递给下一过程。本段具体程序如下 P u b l i cS u bb _ w l aA sS i n g l e ，bA sS i n g l e ，cA sS i n - g l e ，dA sS i n g l e ，eA sS i n g l e ，fA sS i n g l e ，gA sS i n g l e ，hA sS i n g l e ，iA sS i n g l e ，jA sS i n g l e C W X 1 6 j I fe i 3 h 枣2 T h e n c w x s 1 h c w x s 2 i C W X S 3 0 c w x s 4 0 C a l lM o d l ．b w 2 a ，b ，C 一3 C W X S 3 一 c w x s 4 ，d ，e 一2 } C W X S 1 一3 宰c w x s 2 ，f ， g E l s e I fe h 木2T h e n c 懈 1 h c w x s 2 e - 2 奉h ／3 c w 【s 3 i 一 e - 2 宰h ／3 ／2 c w x s 4 0 C a l lM o d l ．b _ w 2 a ，b ，c 一3 木c w x s 3 一C W X S 4 ，d ，e 一2 幸C W X S 1 一3 宰c w x s 2 ，f ，g E l s e l fe f g T h e n e w x s 6 f e w x s 5 g e w x s 7 0 C W X S 8 0 C a l lM o d l ．b w 3 a ，b ，c C W X S 7 一C W X S 8 ，d ，e e w x s 5 一e w x s 6 E l s e I fe g T h e n e w x s 5 2g e w x s 6 e g e w x s 8 0 c w x s 7 0 ．5 幸 f 一 e g C a Ul V l o d l ．b w 3 a ，b ，c C W X s , 7 一e W X s , 8 ，d ，e c w x ．s 5 一c w x s 6 E l s e l fe b i n tl 1 T h e n m b i n t1 b i n t1 b i n tl 1 b i n t1 1 i n E n dI f N e x t F o ri n tl IT oj z s I fa i n t1 b j z s T h e n m a x i n t1 E x i tF o r E n dI f N e x t b j d 【 m a x E n dF u n c t i o n 现将硝酸铵和耵盯的极值计算结果列出 当耵盯为2 2 ％，硝酸铵为7 8 ％时，有最大爆热 万方数据 2 0 1 0 年8 月工业炸药热化学参数程序化计算黄寅生等 9 4 3 2 1 ．5 0 k J ／k g ； 当耵盯为2 1 ％，硝酸铵为7 9 ％时，有最大爆温 2 9 5 2 ．4 5 K 。 所以不难理解，为何阿马托炸药中T N T 和硝酸 铵的比值为2 0 比8 0 。 至此，完成了整个程序的设计。 4 结束语 利用计算机程序不但可以快速完成给定配方的 爆炸热化学参数的计算，而且，通过生成各组分连续 比例值，多次调用过程，可计算出炸药最大爆热或最 大爆温时各组分的理论配比。计算机简单程序实现 对工业炸药热化学参数的自动计算，可为配方计算， 实验研究提供理论参考，且可大大减少人工计算所 耗时间。相信，随着工业炸药理论的不断完善，利用 计算机程序自动计算将在工业炸药配方设计中起到 越来越重要的作用。 参考文献 [ 1 ] 潘晓三．混合炸药爆热与配方关系式的计算机推导 [ J ] ．矿业研究与开发，2 0 0 2 ，2 2 4 5 4 - 5 6 ． [ 2 ] 王栋．V i s u f lB a s i c 程序设计实用教程[ M ] ．3 版．北京 清华大学出版社，2 0 0 7 6 ．1 1 ． [ 3 ]王栋．V i s u a lB a s i c 课程设计[ M ] ．北京清华大学出版 社，2 0 0 4 2 4 5 - 2 5 1 ． [ 4 ] 黄寅生．炸药理论[ M ] ．北京兵器工业出版社，2 0 0 9 1 0 ．3 3 ． [ 5 ] 惠君明，陈天云．炸药爆炸理论[ M ] ．南京江苏科学 技术出版社，1 9 9 5 ． [ 6 ]洪有秋，张农生，刘厚平，等．w J ／删一9 2 岩石粉状 铵梯油炸药[ S ] ．北京中国标准出版社，1 9 9 2 ． [ 7 ]陆明．工业炸药配方设计[ M ] ．北京北京理工大学出 版社，2 0 0 2 7 6 - 1 0 2 ． P r o g r a m m e dC a l c u l a t i o nf o rT h e r m o c h e m i c a lP a r a m e t e r so fI n d u s t r i a lE x p l o f i v e H U A N GY i n s h e n g ，F US h u m ，X UX i n x i n g ，S U NJ i n g w e n S c h o o lo fC h e m i c a lE n 西n e e f i n g ，N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c o n c ea n dT e c h n o l o g y J i a x t g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 [ A B S T R A C T ] 1 1 l i 8p a p e ri n t r o d u c e su s i n gV Bp r o g r a m m i n gl a n g u a g et o 陀a l i z et h ep r o g r a m m e dc a l c l l l a t i o no fm u h i - c o m - p o n e n ti n d u s t f i a le x p l o s i v e ．B yD A O D a t aA c c e s s0 b j e c t a c c e s s i n gm d bd a t a b a s e ，a n dd y m m i ca r r a ys t o r a g ec a l c u l a t e d v a r i a b l e s ，t h eu 鼬o fs t r i n gf u n c t i o n sa n do t h e rm e t h o d s ，t h ee x p l o s i o nr e a c t i o ne q u a t i o na n de x p l o s i o np a r a m e t e mf o rao v - e nf o r m u l ac a nb ea u t o m a t i c a l l ye a l c u l a t e d ．t oo b t a i nt h eb e s t d i s t r i b u t i o nr a t i ob ye x t r e m ev a l u et h e o r y ． [ K E YW O R D S ] i n d u s t r i f le x p l o s i v e ，t h e r m o c b e m i c f lp a r a m e t e m ，c f l e l d a t i o n ，V BP r o g r a m m i n g ，p r o c e d u r e sf o rc a l c u - l a f i n g 国防科学技术工业民用爆破器材研究所 民爆发展规划研讨会在南京理工大学召开 2 0 1 0 年6 月2 日，国防科学技术工业民用爆破器材研究所 简称民爆研究所 在南京理工大学学术交流中心召开了民爆 技术和产品发展规划研讨会。民爆研究所从事工业炸药、雷管、药剂、导爆管等领域的学科带头人、研究人员参加了会议，民 爆研究所主要领导主持了研讨会。 研讨会认真学习了工业和信息化部2 0 1 0 年5 月1 7 日颁布的“关于民用爆炸物品行业技术进步的指导意见” 工信部安 [ 2 0 1 0 ] 2 2 7 号 ，传达了在山东临沂召开的“2 0 1 0 年全国工业雷管生产技术交流会”的会议精神，回顾了民爆研究所在民爆技 术及民爆产品的发展历史，针对目前民爆研究所民爆技术的现状，讨论了如何保持活力，实现可持续发展，增强市场核心竞争 力的应对措施和运行机制。 在过去2 0 年的民爆发展中，南京理工大学民爆研究所在膨化硝铵炸药、粉状乳化炸药、硝酸肼镍药剂、导爆管和检测技术 等方面，在国内处于领先地位。目前液混式膨化硝铵炸药生产技术、二代粉状乳化炸药生产技术、民爆产品检测技术等方面 具有一定优势。随着民爆技术的迅速发展和“技术进步的指导意见”的颁布执行，民爆所民爆技术和产品的发展面临挑战和 机遇，必须正视和顺应国内民爆行业的发展趋势，按照“技术进步的指导意见”的要求，加快发展民爆所的民爆技术，增加民爆 科研产出。 工业炸药方向，今后应重点进行生产线满足。技术进步的指导意见”要求的技术和设备的改造研究开发工作；采取有效技 术途径，降低工业炸药爆炸后的有毒气体排放量。加快乳化炸药生产技术的研制，发展无雷管感度、散装或大直径包装工业 炸药产品。 工业雷管与导爆管方向，发展微电子雷管、半导体桥雷管和无起爆药雷管技术，加快科技成果转化为生产力和军品技术 民用化的步伐。导爆管雷管按照“技术进步的指导意见”的要求，进行技术和装备的改造。 检测技术按照民爆行业技术和产品的发展趋势，完善和开发相应的检测手段和方法。 陆明 万方数据