第3章 爆轰波的经典理论
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cj爆轰原理
"CJ爆轰" 涉及到爆炸学领域中的一种爆炸波的传播过程。
这里的 "CJ" 可能指的是 Chapman-Jouguet 爆轰,这是一种特定类型的爆轰,其爆炸波速度达到 Chapman-Jouguet 爆轰速度时,爆炸波成为恒定速度的强冲击波。
下面简要介绍 Chapman-Jouguet 爆轰的原理:
1. 燃烧介质:爆轰通常涉及到燃烧介质,例如爆炸性气体混合物。
这些混合物在一定条件下可以形成爆轰。
2. 起爆源:爆轰需要一个引发爆炸的起爆源,例如点火、撞击或其他形式的能量输入。
3. 燃烧波的形成:点火后,燃烧波开始在燃烧介质中传播。
这是一种爆轰波,它以极高的速度传播,推动燃烧介质中的物质向前。
4. Chapman-Jouguet 爆轰速度:当燃烧波的速度达到Chapman-Jouguet 爆轰速度时,爆炸波在介质中形成一个恒定速度的强冲击波。
Chapman-Jouguet 爆轰速度是一种特定的速度,它使得爆炸波后的压力与环境压力相匹配,同时维持一个稳定的状态。
5. 爆轰产物:在爆轰过程中,爆炸波推动燃烧介质中的物质,产生高温、高压的气体和其他爆轰产物。
6. 爆轰特性: Chapman-Jouguet 爆轰具有一些特定的特性,包括爆轰波速、压力、温度等参数。
这些特性可以用于描述爆轰过程。
请注意,爆轰是一种危险的物理过程,对于爆炸物质的处理需要遵循严格的安全标准和法规。
以上仅是对 Chapman-Jouguet 爆轰原理的简要概述,实际情况可能更为复杂。
第一章本章小结本章集中介绍了与炸药爆炸相关的一些基本概念、基本理论和基本实验,这些内容是后续章节的基础。
现将其中的要点归纳如下:1.炸药发生化学变化的三种基本形式,炸药爆炸的三要素,炸药的分类。
炸药、单质炸药、混合炸药、起爆药、猛炸药和炸药爆炸的概念。
2.炸药氧平衡的概念极其计算方法。
爆热、爆温、爆容、爆炸压力的概念。
3.波、横波、纵波、音波、压缩波、稀疏波、冲击波的概念。
冲击波的基本特性。
4.爆轰波、爆轰压力、爆轰温度的概念和爆轰波的结构。
凝聚炸药的爆轰反应机理。
5.炸药的使用感度、危险感度、热感度、爆发点、机械感度、撞击感度、摩擦感度、起爆感度和雷管感度的概念。
炸药的物理状态和装药条件对炸药感度的影响。
6.炸药的热点起爆理论,爆炸物直接作用于炸药的起爆机理。
7.炸药的爆速、影响爆速的主要因素、爆速的测定方法。
作功能力、猛度、殉爆距离的概念及其试验测定方法。
炸药的理想爆速、临界爆速、极限直径、临界直径、最佳密度、临界密度的概念。
8.沟槽效应,产生沟槽效应的机理,消除沟槽效应的措施。
9.聚能效应及其应用。
复习题1.计算硝化甘油和梯恩梯的氧平衡。
2.在铵油炸药中(硝酸铵与柴油的混合炸药),假如 4%木粉作疏松剂,试按零氧平衡设计炸药配方。
3•已知凝聚炸药的绝热指数 K值一般取为3,试推导计算凝聚炸药爆轰波参数的方程式。
4•已测得某种岩石铵梯炸药的密度0 1.0g/cm,爆速D=3750m/s。
经计算得到其爆温 Tb 2592 C。
试求这种炸药的其余各项爆轰波参数uH、PH、H、cH和TH。
5•如果采用理想气体状态方程来计算爆炸压力P,则存在关系P 0(K 1)Qv。
试证明:爆轰压力近似等于爆炸压力的2倍。
6•试推导实验测定炸药爆速的导爆索法中计算爆速的公式。
3。
凝聚炸药的爆轰反应机理
凝聚炸药是一种含有固体燃料和氧化剂的炸药。
在爆轰反应中,以下是凝聚炸药的常见爆轰反应机理:
1. 初次爆轰阶段:在起爆源(如火花、冲击波等)的作用下,凝聚炸药中的固体燃料和氧化剂发生瞬时点燃,形成许多燃烧区域。
此时,燃烧区域中的压力和温度迅速升高,周围固体燃料和氧化剂被加热和分解。
2. 转变阶段:在初次爆轰阶段后,燃烧区域中的温度继续上升,燃烧速度加快,燃烧区域内的升压速度超过了压力波传播速度,形成了一个区域性的“炸药爆轰波”。
3. 爆轰阶段:在转变阶段后,由于能量的高度集中,燃烧区域内的温度和压力剧增,固体燃料和氧化剂迅速反应产生大量气体。
同时,由于升压速度快于火焰的扩散速度,燃烧区域的前沿形成大量高温和高压气体的激波。
4. 惯性阶段:在爆轰阶段后,燃烧区域内的火焰前沿已经结束,但气体仍在高压下继续膨胀,从而形成激波。
此时,能量转化为激波能量,激波在炸药中传播,引起物质的破碎和声光效应。
总结起来,凝聚炸药的爆轰反应机理可以分为初次爆轰阶段、转变阶段、爆轰阶段和惯性阶段。
在这个过程中,固体燃料和氧化剂反应产生气体,形成激波并释放巨大的能量。
这些反应的连续发生导致了凝聚炸药的爆炸。
爆炸力学讲义第一章绪论§1.1 爆炸力学的基本概念爆炸效应是多种多样的,包括物理、力学、化学等多个学科领域,如主要以力学的观点和方法来研究爆炸,则可称之为“爆炸力学”。
郑哲敏教授和朱兆祥教授提出:“爆炸力学是力学的一个分支,是主要研究爆炸的发生和发展规律以及爆炸的力学效应的应用和防护的学科”。
爆炸力学从力学角度研究化学爆炸、核爆炸、电爆炸、粒子束爆炸(也称辐射爆炸)、高速碰撞等能量突然释放或急剧转化的过程,以及由此产生的强冲击波(又称激波)、高速流动、大变形和破坏、抛掷等效应。
自然界的雷电、地震、火山爆发、陨石碰撞、星体爆发等现象也可用爆炸力学方法来研究。
爆炸力学是流体力学、固体力学和物理学、化学之间的一门交叉学科,在武器研制、交通运输和水利建设、矿藏开发、机械加工、安全生产等方面有广泛的应用。
§1.2 爆炸力学的发展历程人们知道利用爆炸能为自己服务已经有很长的历史了,可以说从炸药发明以后就开始了。
黑火药是我国古代四大发明之一,这在我国是家喻户晓的常识,但在西方国家却不这么认为。
丁儆教授在1980年参加美国国际烟火技术会议(IPS),在会上作报告述及中国发明火药和烟火技术的事实,引起许多欧美学者的惊异,因为西方教材中都说火药是英国的罗吉•培根(Roger Bacon)发明的,为了纠正西方的错误,丁儆教授回国后进行了中国古代火药和爆炸方面历史的研究,研究表明,大约在公元8世纪(唐朝),中国就出现了火药的原始配方,在十世纪已应用于军事,北宋初官修著的《武经总要》中记载有火炮、蒺藜火球和毒烟火球等几种实战武器的火药配方。
宋代周密揆在《葵辛杂记》中记载了火药产生的爆炸事故:“……守兵百余人皆糜碎无余,盈栋皆寸裂,或为炮风崩至十余里外。
”《宋史》记载元兵破静江时有:“……娄乃令所都人拥一火炮燃之,声如雷霆,震城土皆崩,烟气涨天外,兵多惊死者。
”火药的知识由阿拉伯人传入欧洲,直到十三世纪,英国人罗吉•培根才涉及火药的配方和应用,他的工作比中国人晚300~500年。
爆轰1、爆燃与爆轰爆燃以亚音速传播。
爆燃速率受反应区(火焰阵面)向未燃物的热量和反应组分扩散控制。
爆燃的实际速度取决于外部约束程度以及可燃混合物的尺寸和形状。
假定未燃气体处于静止,火焰则以特征层流燃烧速度传播进入未燃气体。
层流燃烧速度是未燃气体的基本参数,其值的大小反应了混合物的反应性。
如果未燃气体处于湍流,燃烧速度升高,称为湍流燃烧速度。
如果未燃气体处于运动状态,一个静止的观察者测得的火焰速度是未燃气体速度与燃烧速度的和,该火焰速度称为爆燃速度。
典型地,无约束混合气体的爆燃速度在几m/s,管道和其它含有重复设臵的障碍物的容积中,爆燃速度在几百m/s范围。
典型地,在含有燃料/空气混合物的密闭容器内,爆燃压力可以达到初始压力的7倍左右。
对低速爆燃,火焰阵面处的压力增加可以近似地用1.2M2来给出,这里M是马赫数(即爆燃速度除以未燃气体的音速)。
一旦爆燃速度达到音速,将会形成激波。
爆轰的主要特征见表附表1爆轰以超声速传播,典型地,对燃料/空气混合物其速度为1850m/s量级,对燃料/氧气混合物,爆轰速度为3000m/s量级。
当燃料为氢气时,相应的爆轰速度可能更高。
图1对比给出了爆燃波和爆轰波的结构。
对爆轰波,在反应区前方1-10mm处,有一个高压激波阵面,反应区为“火焰”(在快速爆燃中,反应区远远落在激波阵面之后)。
因为化学反应速率与温度呈指数关系,因而燃烧非常快。
由于较高的激波强度(或激波速度),因而产生高压。
图1 爆燃波与爆轰波的比较稳态的爆轰过程具有相应的特征压力/时间曲线,图2给出了典型的稳态爆轰波的压力/时间曲线。
爆轰波通过之后,压力突然增加,其后是一个光滑的变化区,逐渐过渡到恒定压力值。
在有些情况下,可以测得气体混合物发生点火之前被激波压缩的形成的高压区,这种所谓的“先导激波”区域被称为冯.纽曼尖峰,冯.纽曼尖峰处具有比爆轰压力更高的值。
稳态爆轰下,在化学计量比浓度附近,其初始压力上升值达到最大值,当混合物浓度向爆轰极限变化时,初始压力上升值逐渐降低。