Frage an Thermodynamiker...

[Gast mzg]

Zitat:

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Original erstellt von Volker Gebert:

na gut, das Prinzip ist ja wohl klar, aber können wir jetzt mal etwas konkreter werden ?

Ich schlage hierfür folgende Rahmenbedingungen (Ausgangslage) vor:

1) Patrone Typ .308 mit ca. 46 grs 0 3 Gramm Pulver

2) Behälter mit 1 Liter Volumen

3) Umgebungstemperatur 20 Grad C und Innendruck wie Außendruck.

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Hi Volker,

dass kriegen wir hier nicht gelöst. Die spezielle Chemie der Reaktion in dem kleinen Behälter läßt allenfalls eine grobe Abschätzung zu, falls du die chem. Zusammensetzung des Pulvers nennen kannst. Ich rate zum Versuch.

Das entsandene Gasgemisch durch ein Massenspektrometer zu jagen könnte im vergleich zu normal expantiertem Gas ohne räumliche Begrenzung die eine oder andere nette Überraschung liefern.

Wollen wir nicht lieber wieder mal die mittlere statistische Ablenkung einer Kugel im Sandsturm unter Einhaltung größtmöglicher Allgemeinheit ableiten?

Die guten alten treads...schmacht.

Gruß, mzg

[Gast mzg]

Zitat:

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Original erstellt von +sniper+:

...also ich bin der Meinung, daß nach dem Zünden der Patrone sich der Innendruck der Flasche sehr schnell dem herrschenden Atmosphärendruck angleicht ..

Grund: das Geschoß reißt ein hübsches Loch in die Flaschenwand ..

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Nö, siehe Antworten der anderen.

[Gast mzg]

Zitat:

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Original erstellt von Nachttrac:

@ Sniper, ich glaube nicht dass ein, wie auch immer geartetes Geschoss, einer Flasche die 5000 bar aushält etwas anhaben kann

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Och, ein Bornitritmantel-Alukerngeschoss aus einer Elektro-Beschleunigerkanone geht da durch wie durch ein Blatt Papier. Ein paar Meter Stahlbeton sind da garnix.

[matt]

Zitat:

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Original erstellt von mzg:

Unter den später von dir beschriebenen Bedingungen von 1 bar Druck mit Luft als Füllgas steigt der Druck nach der Detonation an. Das Pulver verbrennt zum Teil zu Gas, zum Teil bilden sich feste Rückstände.

Nachdem sich das heiße Gas im Behälter ausgebreitet hat herrscht der größte Druck.

Das Gas kühlt sich dann wieder auf Umgebungstemperatur ab. (Im realen Modell ist immer eine Wärmeabgabe an die Umgebung möglich). Dabei verringert sich der Druck

entsprechend p2 = p1*T2/T1

Am Ende bleibt ein erhöhter von Anfangsdruck + Partialdruck des abgekühlten Verbrennungsgases.

Feinheiten wie die chem. Reaktion des Verbrennungsgases mit der Luft im Gefäß bleiben unbeachtet.

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Klasse, noch einer der das so sieht!

[Gast]

Zitat:

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Original erstellt von Mausebaer:

Welche Patrone denn?

Meintest Du das zerdrückte Metallding?

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Ich habe so viel Pulver reingestopft, da zerdrückt nix!

Vielleicht wird die Hülse etwas schlanker um die Taille herum (würde mir auch ganz gut tun).

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Viele Grüße

MoSch

Dieses Leben ist eines der härtesten...

(Lebenslange Mitgliedschaft im FWR Nr. 008)

[Dieser Beitrag wurde von MoSch am 02. August 2002 editiert.]

[Weinberger]

zu:

na gut, das Prinzip ist ja wohl klar, aber können wir jetzt mal etwas konkreter werden ?

Ich schlage hierfür folgende Rahmenbedingungen (Ausgangslage) vor:

1) Patrone Typ .308 mit ca. 46 grs 0 3 Gramm Pulver

2) Behälter mit 1 Liter Volumen

3) Umgebungstemperatur 20 Grad C und

ich habs mal versucht:

Also in der Druckbombe (entspricht eigentlich dem o.g. Beispiel) zur Feststellung der Pulvereigenschaft gilt die Abelsche Gleichung:

p= f* L /(V-a*L)

f= 1000 KJ/ Kg (pulverkennzahl)

L = 3 g (Ladung)

V0 1000 cm 3 (Volumen der Bombe)

a = 1 cm3/ g (Pulvereigenschaft)

eingesetzt unter Beachtung der richtigen Einheiten ergibt, sofern ich mich nicht verechnet habe (mach ich eigentlich gern) ein P = 30 bar. Darüber würde der Behälter nur lachen. Die Explosionstemperatur beträgt je nach Pulver ca. 3000 K unter Annahme eines Abkühlverhaltens könnte man damit den Enddruck P2 errechnen, der sicher größer ist als p0.

Der Druck ist hier so klein weil das Bombenvolumen für die entstehende Gasmenge riesig ist, ein Lauf hat ja deutlich (auch bei Größtkaliberschützen) weniger als 1 liter Volumen.

Glaubts oder beweißt das Gegenteil

Gruß

W.

[Gast]

Ha, Herr Weinberger, da freu`ich mich aber: endlich was konkretes.!

Wenn trotz der Arbeit, die Du Dir gemacht hast, keine Antwort gekommen ist, enttäuscht Dich das natürlich ein wenig, aber das Thema kommt jetzt in eine Phase, in der das Interesse etwas abschlafft (wie in der Schule). Vielleicht kann man das ändern, indem man Deine Ausführungen

nochmal aufschreibt:

Die von Dir benutzte Abelsche Gleichung p=f*L/(V-a*L) ist die Weiterentwicklung aus der Zustandsgleichung für ideale Gase (p*V=L*R*T), und sie (die Abelsche Formel) ist eigentlich ganz einfach:

der Druck p ist das Produkt aus der Pulverkraft f mal der Pulvermenge L geteilt durch das Nettobrennraumvolumen.

Dabei ist L/V das Ladeverhältnis Delta und V wird um das Massevolumen des Pulvers (=Kovolumen, also Pulver ohne Zwischenräume) verringert/angepaßt.

Ich habe jetzt mal die Einheiten etwas gröber gewählt (was vielleicht keine so gute Idee ist):

- Pulverkraft f für Nitrozellulosepulver beträgt etwa 1000 000 J/kg. Dabei ist Pulverkraft wörtlich zu verstehen.

- Pulvermasse L in kg ist in unserem Beispiel 0,003 kg.

- Brennraumvolumen V drücke ich mal in Kubikmeter (1000 Liter) aus und habe 0,001 cbm,

- Das Kovolumen a beträgt etwa 0,001 cbm/kg für NC_-Pulver - für unser Beispiel sind das vernachlässigbare 0,001 cbm/kg* 0,003 kg = 0,000 03 cbm.

Jetzt ein Blick nach oben auf die Formel:

Das Ladeverhältnis beträgt also vereinfacht 0,003 kg / 0,001 cbm = 3 kg/cbm und damit ist

p = 1000 000 J/kg * 3 kg/cbm = 3000 kJ/cbm, und das sind tatsächlich 30 bar.

Ich fürchte, daß mein Erklärungsversuch nicht ganz so gelungen ist wie beabsichtigt,

asicher ber das soll mich nicht davon abhalten, noch ein wenig mehr Verwirrung zu stiften:

Nachttracs Eingangsfrage schildert einen Spezialfall, und wenn er sagt, die Flasche kann 5000 bar aushalten, will er damit sagen, daß der Behälter unzerstörbar ist, um eine Betrachtungsrichtung auszuklammern. Eine andere Betrachtungsrichtung, nämlich den Temperaturverlauf, hat er ausdrücklich eingeschlossen, so daß eigentlich kein adiabatischer Zustand vorliegt. Da keine zeitlichen Vorgaben gemacht sind, kann die Berechnung für den Zustand 1/10 Sekunde nach der Explosion gelten, und da ist der Wärmeverlust noch winzig, also quasiadiabatisch.

Die Frage ist ein Spezialfall, weil es unüblich ist, eine Patrone in einem Druckbehälter zu zünden. Normalerweise zündet man, für z.B. Pulveruntersuchungen, eine dem Behälter sinnvoll entsprechende Pulvermenge direkt. Hier liegt aber eine Behälter-im-Behälter-Situation vor:

bei einem nicht druckstabiler Behälter (die Patrone) mit einem Volumen von einem Bruchteil eines Liters kann man das Kovolumen des Pulvers nicht mehr einfach vernachlässigen, und das Ladeverhältnis sieht natürlich auch ganz anders aus. Der jetzt errechnete hohe Druck wird allerdings nicht auftreten, weil die Hülse bei recht niedrigem Druck bereits auseinanderplatzt. Dieser niedrige Druck ist es dann, der für die Berechnung des Innendrucks im ein-Liter-Behälters heranzuziehen ist.

Damit ist die Berechnung zweistufig und etwas umfangreicher.

Natürlich kann man sich auch vorstellen, daß die Patrone in einem Patronenlager druckfest gelagert ist - dann hätten wir wieder die hohen -/TemperaturDruckverhältnisse, die wir gewohnt sind, aber es soll ja etwas Besonderes sein.

Interressant ist, daß die Heftigkeit der Explosion (Deflagration) von Druck und Temperatur exponentiell abhängig ist. Bei den hier gegebenen lauen Bedingungen sind Druck und Temperatur sehr gering, und es es findet damit eine ganz andere chemische Reaktion mit ganz anderen chemischen Resultaten statt. In dem Buch, aus dem ich hier immer feste abschreibe, finde ich z.B. eine Tabelle, die zeigt, daß sich ein pyroxilingebundenes NC-Pulver druckabhängig unterschiedlich aufspaltet:

Volumenprozent bei einem Druck von

100 kp/qcm 4000 kp/qcm

Kohlenmonoxid 49,3 34,5

Kohlendioxid 21,7 30,9

Wasserstoff 12,6 17,4

Stickstoff 16,4 15,6

Methan 0 1,6

Das sind chemisch zwei ganz verschiedene „Treibgase“, und das isvielleicht auch die Erklärung, warum Waffe und Hülsen manchmal so verdreckt sind.

[Weinberger]

Gasgleichung und sonstige mechanische Berechnungen liegen mir von Haus aus eigentlich recht gut, aber Verbrennungsvorgänge das ist nicht mein Ding. Wenn das Pulver dann tatsächlich so lau vor sich hinzischelt, müsste man man stöchiometrische Überlegungen anstellen, so was liegt mir aber gar nicht, da muss ich auch passen.

Gruß

W.

[Gast]

ergänzend zum Thema stoffliche Umwandlung, aus anderer Quelle.

Hier wurden Zerfallsprodukte der mit Ladedichte 0,1 bis 0,5 zur Detonation gebrachten Pikrinsäure (also Sprengstoff)mengenmäßig analysiert (Volumenprozent).

0,1 0,3 0,5

CO2 7,61 15,40 20,55

CO 61,56 54,34 48,80

CH4 1,19 5,75 7,83

H2 12,52 6,31 3,06

N2 17,12 18,2 19,76

für die Veränderungen im Stickstoffbereich habe ich keine Erklärung.