燃烧与爆炸理论10

R KW
(1 / 3) ( 2 / 3)
式中，R是同等程度的殉爆距离。引起从爆药100%殉爆的最 大距离，以R100表示；引起从爆药50%殉爆的对应距离以R50表示； 从爆药100%不殉爆的最小距离（也就是殉爆安全距离），以 R0表 示。
（7）安全距离：
为了确保火、炸药和弹药等在生产、贮存和 加工时的安全，对具有爆炸危险性的建筑物都要 求有一定的安全距离。实际上要考虑冲击波的安 全距离和殉爆安全距离。前者是指防止空气冲击 波对人员和建筑操作和破坏的安全距离；后者是 指防止炸药殉爆的安全距离。
10.3 爆炸作功能力
爆炸物爆炸时对周围介质所产生的各种爆炸作 用的总和，即爆炸物所作的总功，称为爆炸物的作 功能力。 炸药的作功能力又称为爆炸物的威力，它可由理 论计算或实验求得。 （1）作功能力的理论表达式： A = EQv
又称为炸药的位能，它表示爆轰产物绝热膨胀 冷却到炸药的初温时所作的功，是炸药作功能力的 理论数值。
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②对人员的杀伤作用 空气冲击波对人员的杀伤作用，主要是引起听觉器官损伤，内 脏器官出血以及死亡。较小的冲击波能引起耳膜破裂，稍大的冲击 波会引起肺、肝和脾等内脏器官的严重损伤。在无掩蔽的情况下， 人员无法承受0.02MPa以上的冲击波超压。用羊、狗做试验，测得 按冲击波峰值超压划分的动物伤亡等级如表10-9所示。
R1 W1 3 R2 W2
Qv W W • 对于不同炸药，可换算为梯恩梯的当量。 当 Qv TNT
• 炸药的作功能力与梯恩梯的作功能力之比称为该 炸药的梯恩梯当量。 • 炸药作功能力的梯恩梯当量=A炸药/A梯恩梯。
（3）爆炸的破坏作用：
爆炸的破坏作用可包括以下4个方面： ①爆炸火球对物体的直接作用 炸药爆炸产生的高温、高压、高能量密度的 气体产物最初呈一个炽热的火球，其迅速膨胀对 周围的物体有灼烧和猛烈冲击作用，可以烧穿钢 甲、炸碎弹体、炸坏建筑或设备，也可以使邻近 炸药产生殉爆或引起火灾。 ②空气冲击波的作用 炸药爆炸形成的空气冲 击波可以使人体内脏器官受到损伤，使建筑物遭 到破坏，引起邻近炸药的殉爆。
由于爆轰产物只在近距离起作用，因此，炸药在空气 中爆炸时起破坏作用的主要是空气冲击波。
• 空气冲击波的爆炸相似律 • 爆炸冲击波的作用，在一定的范围内满足几何相似定律。 这是根据大量实验研究肯定了的。 • 如果装药量W1在R1处冲击波阵面的超压为△P，那么， 另一装药量W2在R2处冲击波阵面的超压也是△P。 则：
（2）产生热量高 爆炸的反应热一般在2926～6270kJ/kg之间， 气体产物依靠反应热往往被加热到2000～4000℃， 压力可达（1～4）×104MPa。这种高温、高压反 应产物的能量最后转化为机械能作功，使周围介质 受到压缩和破坏。 （3）产生气体多 炸药爆炸后产生气体的多少与爆炸温度有关。 爆炸温度愈高，产生的气体愈多，其破坏力也就愈 大。一般1kg炸药爆炸时能产生700～1000L气体。 如1kg硝铵炸药爆炸时能在3-5s内放出869-963L气 体，使压力猛增到104MPa（105atm），所以破坏 力很大。
（2）作功能力的实验测定： 铅蓉法测作功能力 炸药的作功能力常用铅蓉扩张法表示。如图10-1。
图10-1 爆炸前后铅蓉示意图
此方法是最简单常用的方法之一，它是以一定量的 炸药在铅蓉爆炸时，按爆炸气体产物膨胀所引起的铅蓉 扩孔的体积数值大小来判断和比较炸药的作功能力。
除铅蓉法外，还用作功能力摆（威力摆）法 和抛掷漏斗坑法测评炸药的作功能力
10.1.2 爆炸的破坏力的形式
• 震荡作用 在遍及破坏作用的区域内，有一个能使物体震 荡、使之松散的力量。 • 冲击波 随着爆炸的出现，冲击波最初出现正压力， 而后又出现负压力。负压力就是气压下降后的空 气振动称为吸收作用，吸收作用的原因是产生局 部真空的结果。爆炸物的数量和冲击波的关系， 可认为是成正比例的关系，而冲击波压力与距离 之间的关系成反比。
从表中数据可以看出，即使采用壁厚仅1mm、强度很低的 纸管，其殉爆距离也比无管道时大3倍多，当管道为5mm厚的 钢管时，殉爆距离增大到6倍多，可见管道的作用非常显著。 由于炸药在制造和加工过程中采用管道输送，故应在炸药及其 原料的输送管道上设置隔火、隔爆装置，以避免引起殉爆。
⑤主爆药的引爆方向不同，对殉爆距离也有影响。 这主要是由于引爆方向不同时，其冲击波在各个方 向上的分布不均匀造成的。 在设计炸药工房、库房时，应避免两个危险建筑物 长面相对，尽量减少殉爆距离的威协，按照总冲击波峰值 超压、冲量的相似准则，在其他条件固定的情况下，殉爆 距离与炸药质量的关系可以表示为：
①冲击波安全距离 • 冲击波对建筑物的破坏作用与建筑物的振动周期有 关。因此，根据建筑物的振动周期和冲击波的作用 时间的长短，建筑物的破坏可分为两种情况。 • 当冲击波作用时间小于振动周期时，建筑物则在冲 量作用下得到动量而振动。这时的破坏作用是由比 冲量所引起的，一般炸药爆炸多属于这种情况。 • 如冲击波作用时间远大于建筑物的振动周期，则破 坏完全是由冲击波作用时的超压所造成的。一般核 爆炸就是这样，因核爆炸形成的空气冲击波正压区 宽，作用时间长。
表10-9冲击波峰值超压与动物伤亡等级的关系
伤亡 等级 一 等级 程度 无伤 伤亡特征 无损伤 1/4肺气肿，散在性肺气肿或2～ 3个脏器点状出血 1/3肺气肿，1～3个脏器片状出 血 对比距离， 冲击波峰值，MPa m ＞12 ＜0.01
二
三 四 五
轻伤
中伤 重伤 死亡
7～12
4.5～7 3.7～4.5 ＜3.7
10.2 爆炸物爆炸破坏性
爆炸中心的高温、高压气体产物会迅速向外膨胀，剧 烈地冲击、压缩周围原来平静的空气，形成很强的空气冲 击波并迅速向外传播。
10.2.1 炸药爆炸的特点
（1）变化速度极快 爆炸反应一般在10-4～10-6s之间完成,爆炸传播速度一 般在2400～9000m/s之间。由于反应速度极快，功率很大。 如一包1kg的硝铵炸药完成爆炸反应的时间只有3-5s，爆速 为2400～3000m/s，爆炸能量在极短时间内放出，爆炸功 率可达220650kW。
②殉爆安全距离 防止炸药相互殉爆的安全距离称之为殉爆安全距 离。炸药库房或车间的相对位置必须考虑一个库房或 车间的炸药爆炸时，不应引起附近建筑物中炸药殉爆， 殉爆安全距离可按下式计算： R K殉 W
式中 R ——冲击波最小安全距离（米）； K殉——安全系数； W ——炸药重量（千克）。
（8）空气中爆炸时冲击波参数的计算
• 碎片的冲击 机械设备、装置、容器等爆炸以后，变成碎片 出去会在相当广的范围内造成危害，化工生产中属 于爆炸碎片造成的伤亡占很大的比例。碎片一般在 100~500米内飞散。 • 造成火灾 通常爆炸气体扩散只发生在极其短促的瞬间， 对一般可燃性物质来说，不足以造成起火燃烧，而 且有时冲击波还能起灭火作用。但是建筑物内遗留 大量的热或残余火苗，还会把从破坏的设备内部不 断流出的可燃气体或易燃液体的蒸气点燃，使厂房 可燃物起火，加重爆炸的破坏力。
第10章 爆炸作用
10.1 爆炸破坏形式
一般，爆炸常伴随着发热、发光、压力上升、 真空和电离等现象，具有很大的破坏作用。
10.1.1 与爆炸有关的因素
• 爆炸物的数量和性质（主要表面为单位重量的爆 炸物爆炸威力的相对比较）。
• 爆炸时的条件（震动大小、受热情况、爆炸初期 的压力、空气混合物的均匀程度等）。 • 爆炸位置
（4）爆炸空气冲击波的特性 炸药爆炸时，在极短时间内释放出大量高热的气态 产物，其压力极高，可达104MPa（105atm）以上，因而 以很高的速度向周围膨胀扩散，扩散速度可达3000～ 5000m/s，这就在空气中形成初始冲击波。初始冲击波波 阵面上的压力可达100～200MPa，并以每秒几千米的速 度在空气中传播，以致强烈压缩周围空气，爆炸一部分能 量传递给空气粒子，引起这些空气粒子的剧烈运动。 爆炸空气冲击波的所有这些特性决定了它能够对爆源 周围的建筑物和构筑物产生强烈的机械破坏作用。先是冲 击波波头以极大的速度袭击遇到的障碍物，紧跟在冲击波 波头后面的是以很高速度、朝同一方向运动的空气介质流， 它以猛烈的冲击力对障碍产生补充破坏作用，使其倾翻或 破坏。
②冲击波冲击从爆药， 主爆药爆炸的冲击波速 大于或等于从爆药的临界爆速。
③主爆药爆炸时，抛掷出的固体破片（如炮弹弹 片或包装材料破片等）冲击从爆药，也可引起从 爆药的殉爆。
影响炸药殉爆的因素： ①主爆药的爆炸能量愈大，引起殉爆的能力愈大。 为了尽量减少殉爆危险，加工或储存爆炸品的建筑物 需限定存药量，任何人都要遵守有关工房、库房的定员 和定量的规定。 ②从爆药的敏感度越高，其殉爆的可能性越大。
③固体飞散物的作用 由于爆炸而抛掷起来的石场、破片、碎砖瓦等固体飞散物， 可以击伤人员和砸坏建筑物。 ④地震波的作用 爆炸引起的地震效应以地震波的形式向周围传播，使邻近 建筑物遭到破坏。 • 一般说来，爆炸火球的作用距离较近，大约只在装药半径的 7～14倍范围之内；石块、碎片等固体飞散物有时被抛掷很远， 但它对建筑物只能造成局部破坏；地震波对人作用小，只是对 建筑物有害，大容量的地下炸药库或洞库爆炸时的地震波对附 近建筑物威胁较大，但地震波较之空气冲击波却衰减得快得多。 相比之下，爆炸形成的冲击波传播距离很远，破坏作用很大， 能使邻近炸药产生殉爆，邻近建筑物遭受破坏，对附近人员也 有一定杀伤作用。 • 从爆炸能量分布来看，敞开条件下爆炸时大约有75%的能量传 给了空气冲击波。
目前，各国在大量实验基础上得到一些安全距离的 计算经验式 。我国有的单位在国内资料初步分析的基 础上，提出了按建筑物危险等级确定冲击波安全距离的 意见。例如生产区内A级爆炸性危险建筑物到其它建筑 物的最小安全距离计算公式可按
R K安 W
式中 R ——冲击波最小安全距离（米）；
K安 ——安全系数； W ——炸药重量（千克）。
0.025～0.010
0.045～0.025 0.075～0.045 ＞0.075
1/3肺气肿，1～3个以上的脏器 片状（0.5cm2左右）出皿或2个 脏器大片（1cm2以上）出血
当场死亡或伤势严重，无法抢救
（6）炸药的殉爆
殉爆是指炸药A爆炸后，能够引起与其相距一 定距离的炸药B爆炸，这种现象叫做炸药的殉爆。 殉爆产生的原因： ①主爆药的爆轰产物直接冲击从爆药。
（5）空气冲击波对建筑物的破坏和人员的杀伤
①对建筑物的破坏作用 根据我国爆炸试验和爆炸事故统计 资料，得出建筑物破坏等级与冲击波超压峰值的关系，如表 10-8所示。
表10-8 超压对建筑物的破坏作用 破坏情况 门窗玻璃部分破碎 受压面的门窗玻璃大部分破碎 窗框损坏 墙裂缝 墙大裂缝，屋瓦掉下 木建筑厂房房柱折断，房架松动 砖墙倒塌 防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌 大型钢架结构破坏 超压△P 公斤 力/厘米2 0.05~0.06 0.6~0.10 0.15~0.20 0.20~0.30 0.40~0.50 0.60~0.70 0.70~1.0 1.0~2.0 2.0~3.0
凡是影响从爆药爆轰感度的因素（密度、装药结构、 粒度大小、化学性质等），都影响殉爆距离。
③两炸药间介质的种类不同，其殉爆情况也不同。
④两炸药之间的连接方式不同，其殉爆情况也不同。 如两炸药之间用管子联接时，爆轰产物和冲击波能集中地 沿着管子传播，增大了殉爆的能力，使殉爆距离增大很多。以 苦味酸为例试验，主爆药50g，密度为1.25g/cm3，从爆药密度 为1.0g/cm3，以试验数据如表10-10所示。