第四章爆炸反应与爆轰理论
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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。
爆炸力学讲义1. 引言爆炸力学是研究爆炸过程中能量释放、物体运动和损伤效应的学科。
它涉及多个领域,如物理学、化学、工程力学等,对于爆炸事故的预防和安全防护具有重要意义。
本讲义将全面介绍爆炸力学的基本概念、原理和应用。
2. 爆炸的定义与分类爆炸是指物质在极短时间内迅速释放大量能量,并引起剧烈的声、光和冲击波等现象。
根据爆炸产生的能量形式,可将其分为化学爆炸、核爆炸和物理爆轰三类。
2.1 化学爆炸化学爆炸是指由于化学反应放出大量能量而引起的爆炸现象。
常见的化学爆炸包括火药、TNT等。
其产生过程可分为初期点火阶段、中期传播阶段和末期消耗阶段。
2.2 核爆炸核爆炸是指由核裂变或核聚变引起的爆炸现象。
核爆炸释放的能量远远超过化学爆炸,具有极强的杀伤力和破坏力。
核爆炸可分为空中爆炸、地下爆炸和水下爆炸等形式。
2.3 物理爆轰物理爆轰是指由于物体在高速运动过程中受到外界冲击而引起的爆炸现象。
常见的物理爆轰包括汽车碰撞、航空事故等。
物理爆轰产生的能量主要来自于动能转化。
3. 爆炸力学基本原理3.1 爆炸波传播在化学爆炸中,当点火源引发反应后,会形成一个高温高压气体区域,并产生冲击波和火焰。
冲击波以超音速传播,将周围气体压缩并造成巨大冲击力。
3.2 爆炸反应化学爆炸反应分为自维持链式反应和非自维持链式反应两类。
自维持链式反应是指反应中生成的活性物质可以继续引发反应,形成链式反应过程。
非自维持链式反应则不具备这种特性。
3.3 爆炸损伤效应爆炸产生的冲击波、火焰和飞溅物等会对周围物体造成损伤。
冲击波能够引起结构物体的位移和破坏,火焰可以引发火灾,飞溅物可以造成伤害。
4. 爆炸力学的应用4.1 军事领域爆炸力学在军事领域具有重要意义。
它被用于开发新型武器、改进装甲材料、设计防护措施等。
同时,爆炸力学也被用于模拟战争场景和评估武器系统性能。
4.2 工程领域爆炸力学在工程领域中广泛应用于建筑物抗震设计、爆破拆除工程、隧道工程等。
爆破⼯程复习⼤纲爆破⼯程复习⼤纲第⼀章炸药爆炸基本理论1.何谓爆炸现象?有何特点?⼀般地说,压⼒急剧释放的现象都可称为爆炸。
⽕药的快速燃烧、炸药爆轰都是爆炸、从核爆到锅炉、煤⽓罐爆裂,岩爆也都是爆炸。
爆炸现象的主要特点有(1)在极短时间内产⽣⾼温、⾼压⽓体的骤然膨胀;(2)在爆炸点周围介质中发⽣急剧的压⼒突跃;(3)伴有声、光现象。
2.爆炸现象哪⼏类?根据其本质的不同可分为三类(1)物理爆炸;(2)化学爆炸;(3)核爆炸。
3.形成化学爆炸的必要条件是什么?化学爆炸的必要条件是(1)爆炸过程必须放出⼤量的热量;(2)化学反应过程必须是⾼速的;(3)化学反应过程应能⽣成⼤量的⽓体产物。
4.什么是炸药?炸药的主要成分是什么,各起何作⽤?炸药是在⼀定条件下,能够发⽣快速化学反应,放出能量,⽣成⽓体产物,显⽰爆炸效应的化合物或混合物,主要由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)四种元素组成,其中O 为氧化剂,C、H为还原剂,N为载氧体。
5.起爆药和猛炸药各有何特点?起爆药主要有雷汞、氮化铅、⼆硝基重氮酚等,其主要特点是感度⾼,威⼒不⼤,仅做起爆⽤。
猛炸药分单质猛炸药和混合猛炸药。
单质猛炸药主要有梯恩梯、⿊索⾦、特屈⼉、太安、硝化⽢油等。
主要的混合猛炸药有铵梯类炸药、铵油类炸药、铵松蜡炸药、浆状炸药、⽔胶炸药、乳化炸药等⼯业炸药。
猛炸药的主要特点是感度⼩、威⼒⼤,作为炮孔、弹体主装药,被起爆后对介质做功,威⼒⼤。
6.什么是炸药的起爆?起爆能的形式主要有哪⼏种?起爆是指在外部起爆能作⽤下,炸药从不稳定状态到稳定状态的化学体系变化过程。
起爆能的形式主要有:热能、机械能和爆炸冲能。
7.什么是炸药的感度?研究炸药感度有何意义?炸药感度是指炸药在外能作⽤下发⽣爆炸反应的难易程度。
感度⾼的,所需起爆能⼩。
研究炸药感度的意义是(1)关系到炸药在制造、运输、搬运、储存、使⽤过程中的安全。
(2)关系到装药能否安全起爆,对爆破效果有重要作⽤。