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3.3炸药的爆轰理论

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第四章爆炸反应与爆轰理论

第四章爆炸反应与爆轰理论


氧平衡的计算
C+O2→CO2 一个C需2个O. H2+1/2O2→H2O 一个H需1/2个O。 ∴ a个C需2a个氧原子，b个H需1/2b个氧原子，炸药本身含 有c个氧原子。 ∴ c与（2a+1/2b）的差值，就反映了OB的三种情况： 当c-(2a+b/2) ＞0时，为正氧平衡。 当c-(2a+b/2）=0时，为零氧平衡。 当c-(2a+b/2）＜0时，为负氧平衡。 ∴ ⑴、单质炸药的氧平衡计算方法
令 a、b、c为这两种成分和混合后炸药的O.B值。 则有：x+y=100%
ax+by=c 解得：x=（c-b）/（a-b） y=（a-c）/（a-b)
②、三种成分的混合炸药的配比方法 设 K1、K2、K3分别代表混合炸药各成分的百分含量。 B1、B2、 B3分别代表这些成分各自的氧平衡值。 O.B为混合后的氧平衡值。 则：kI+k2+k3=1
根据氧平衡值设计混合炸药配比
例2、要求配制零氧平衡的岩石硝铵炸药，其成分为硝酸 铵、TNT、木粉，求三种成分的适合配比。 解、首先确定TNT含量为10%，已知硝酸铵、TNT、 木粉的氧平衡值为：+0.2、-0.74、-1.37、O.B=0， 将这些值代入公式得： K1=83.2%、 k2=6.8% 所以，硝酸铵：83.2%、TNT: 10%、木粉：6.8%。
B1.k1+B2.K2+B3.K3=O.B
根据氧平衡值设计混合炸药配比
两个方程三个未知数，必须先确定其中一种成 分 ( 如 k 3）
则：K1=[(1-K3).B2-(O.B-B3.K3)] ／（B2-B1） ×100% K2=[(O.B-B3.k3)-(1-k3).B1/(B2-B1) ×100% 例1、要求配置硝酸铵和柴油两种成分的混合炸药，使 炸药为零氧平衡。求两种成分的配比？ 解、已知硝酸铵氧平衡值为+20%、柴油为-342%、 若设硝酸铵为x、柴油为y，则： X=[0-（-3.42）]/[0.2-（-3.42）] ×100%=94.5% Y=（0.2-0)/[0.2-(-3.42)]=5.5% ∴ 硝酸铵：94.5%、柴油：5.5%。
第五章 炸药爆炸的基本理论

第五章 炸药爆炸的基本理论

在炸药爆炸反应的过程中，碳、氢元素氧化 所需的氧元素由炸药 本身提供。
氧平衡：炸药内含氧量与可燃元素充分氧化所 需氧量之间的关系。氧平衡用每克炸药中剩 余或不足氧量的克数或百分数表示。
氧系数：指炸药中含氧量与可燃元素充分氧化 所需氧量之比，用它也可以表示氧平衡的关 系。
氧平衡计算
对单体炸药：
假设炸药的通式为 CaHbNcOd ，则单质炸药的
例阿梅托的氧平衡计算
阿梅托
TNT 50% NH4NO3 50%
TNT的摩尔数为 500/227=2.2 1kg
NH4NO3的摩尔数为500/80=6.25
①1kg阿梅托组成为 2.2(C7H5N3O6)+ 6.25(C0H4N2O3) =C15.4H36N19.1O31.95
d (2a b)
炸药上述三种化学变化的形式，在一定条件 下，都是能够相互转化的：缓慢分解可发展为燃 烧、爆炸；反之，爆炸也可转化为燃烧、缓慢分 解。
研究炸药化学变化形式，就是为了控制外界 条件，使炸药的化学变化符合我们的需要。
氧平衡
炸药的爆炸是一个化学反应的过程，或者从 本质上说是一个氧化的过程，即炸药中氧对碳、 氢等元素氧化，使之成为较稳定的氧化物。
定义：单位质量炸药在定容条件下爆炸所释放的热
量称为爆热，其单位是kJ／kg或kJ／mol。 爆热的计算： 生成热：由元素生成1kg或lmol化合物所放出（或吸
收）的热量叫做该化合物的生成热。 盖斯定律：盖斯定律认为，化学反应的热效应同反
应进行的途径无关，当热力过程一定时，热效应只 取决于反应的初态和终态。
被完全氧化； • 硫被氧化为二氧化硫； • 氯首先与金属作用，再与氢生成HCl。
影响有毒气体生成量的因素：
3 炸药爆炸基本理论

3 炸药爆炸基本理论


1) 炸药的氧平衡关系 指炸药内含氧量与可燃元素充分氧化所需氧量之间的关系
（充分氧化指C、H生成CO2、H2O）。
这一关系用氧平衡值Kb表示。
单质炸药，以1mol计算
d ( 2 a b / 2) 16 100 % Kb= M 混合炸药，以1kg计算
氧平衡值计算
Kb=
表示。即
d ( 2 a b / 2) 16 100 % 1000
特点是：质点的移动方向与波的传播方向相反，弱扰动。
（以活塞运动为扰动源解释，特征线发散） 。
3.4.4 冲击波的基本知识
1）冲击波形成的物理过程 冲击波的形成： 可以认为，冲击波是一系列 微幅压缩波叠加所形成的，其
o t
tn t3 t2 t1
x
波头沿第一道波传播，波尾沿
最后一道微幅波传播，扰动区 即波头——波尾间的区域。
混合炸药：用殉爆距离来表示其冲能感度
殉爆距离：主动药卷能诱爆被动药卷间的最大距离 ， 单位cm ，图3.9。
1
2
L
3
图3.9 殉爆距离的测定
1—雷管；2—主发装药；3—被发装药
2）影响炸药感度的因素 炸药的化学结构（内在影响因素）
键能，分子结构和成分，生成热，热效应，活化能，热
容量等。
炸药的物理性质（外在影响因素）
应的过程。
3.1.2 炸药
一种相对安定的物质系统，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，并显示爆炸效应 的化合物或混合物。 一般有四种元素组成：C、H、N、O
3.1.3 化学爆炸的三要素（基本特征）
反应放出大量热 三要素 生成大量气体产物 （高温） （高压）
反应高速度和自动传播 （高速）
第一章炸药爆炸基本理论PPT课件

第一章炸药爆炸基本理论PPT课件


热点形成的原因:
2024/10/16
（ 1）炸药内部的空气间隙或者微小气泡等在机械作用下受到了绝热 压缩；
（ 2）受磨擦作用后，在炸药的颗粒之间、炸药与杂质之间以及炸药 与容器内壁之间出现的局部加热；
（3） 炸药由于黏滞性流动而产生的热点。
可编辑
9
第二节 炸药氧平衡与热化学参数
▪ 2-1 炸药主要组成元素：C H O N ▪ 爆轰产物 ：
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热点起爆 理论
1-4热点起爆理论
热点起爆理论又称热点学说
热点学说认为：炸药在受到机械作用时，绝大部分的机械能量首 先转化为热能。由于机械作用不可能是均匀的，因此，热能不是作用 在整个炸药上，而只是集中在炸药的局部范围内，并形成热点。在热 点处的炸药首先发生热分解，同时放出热量，放出的热量又促使炸药 的分解速度迅速增加。如果炸药中形成热点的数目足够多，且尺寸又 足够大，热点的温度升高到爆发点后，炸药便在这些点被激发并发生 爆炸，最后引起部分炸药乃至整个炸药的爆炸。
1 炸药温度的影响
影响炸 药感度 的因素
2 炸药物理状态与晶体形态的影响 3 炸药颗粒度的影响 4 装药密度的影响
5 附加物的影响
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3-6聚能效应－现象
聚能现象
聚能装药
聚能效应应用
水面聚能流的形成
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聚能现象
聚能效应－装药
聚能装药
装药前端有空穴时聚能流的形成
xQx
yQy
Qb
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2-3炸药热化学参数
1kg炸药爆炸生成气体产物换算为标准状态下的体积称为爆容（specific 爆容 volume）(单位:L/kg)。 爆容越大，炸药做功能力越强。
炸药爆炸的基本理论

炸药爆炸的基本理论


Ca Hb NcOd

b 2
H2O (d

b)CO (a d 2

b )C 2

c 2
N2
如：梯恩梯（TNT）
C7H5N3O6 2.5H2O 3.5CO 3.5C 1.5N2
❖ 含有其它元素的炸药,确定爆炸产物的原则：
❖ 水不参与反应，只由液态变为气态； ❖ K、Na、Ca、Mg、Al等金属元素，在反应时首先
例如：一公斤TNT炸药爆炸后，可以产生常 压下的气体740m3，由于反应的放热性和高速性， 这些气体产物在爆炸的瞬间仍占有炸药原来所占 体积，即几乎被压缩在0.0006m3的体积内，因而 形成极高的压力状态。高压状态的气体产物将猛 烈膨胀，从而产生变热能为对外做功的机械功的 爆炸效应。
如果没有气体产生，也就不可能造成高温高 压状态，自然也就不可能发生爆炸现象。
被完全氧化； ❖ 硫被氧化为二氧化硫； ❖ 氯首先与金属作用，再与氢生成HCl。
❖ 影响有毒气体生成量的因素：
❖ 炸药的氧平衡； ❖ 化学反应的完全程度； ❖ 装药外壳等。
爆容
❖ 爆容：单位质量炸药爆炸时，气体产物在标准状 态（00C和一个大气压）下的体积，用V0表示，单 位L/kg。爆容越大，炸药做功能力越强。
炸药上述三种化学变化的形式，在一定条件 下，都是能够相互转化的：缓慢分解可发展为燃 烧、爆炸；反之，爆炸也可转化为燃烧、缓慢分 解。
研究炸药化学变化形式，就是为了控制外界 条件，使炸药的化学变化符合我们的需要。
氧平衡
炸药的爆炸是一个化学反应的过程，或者从 本质上说是一个氧化的过程，即炸药中氧对碳、 氢等元素氧化，使之成为较稳定的氧化物。
爆炸反应方程
❖ 反应方程能够确定反映产物的成分和数量， 确定爆炸释放的能量。它是计算炸药爆炸 热化学参数和爆轰参数的依据。
第3章 炸药的起爆机理

第3章 炸药的起爆机理


Ea Tc2 Tc T0 0
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1 1 4RT0 Ea 它的解为： Tc 2R Ea
3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
对于大多数炸药，取负号的解，因为正号的解 不符合实际情况。 由于 RT0 Ea 的值很小，取上式在 RT0 Ea 附近 的级数展开：
2 Tc RT0 RT0 RT0 2 4 Ea Ea Ea 2R Ea
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3.2.2 炸药的热感度
根据试验作出T与τ ，lnτ 与1/T的关系图，由 τ -T图可求得5s延滞期爆发点。 试验得到的凝聚炸药爆发点与延滞期的关系为： lnτ =A+E/RT 式中 τ 为延滞期(s)；E为与爆炸 反应相应的炸药活化能(J/mol)；R为通用气体 常数；A为与炸药有关的常数；T为爆发点(K)。 测得的爆发点越低，说明炸药的感度越大，反 之则感度越小。
Q1 m q A exp Ea RT
……(2)
式中
m ——炸药质量； Ea ——炸药活化能；
16
R
——气体常数。
3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
由（2）式可知，炸药进行放热化学反应而产 生的热量与温度的关系符合指数曲线，该曲线 称为得热线，如图3-2所示。
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论

Tc Tc T02
表示热爆炸前的升温情况。
从数学上看，切点必须满足两个条件，即不但 Q1和Q2在该点的数值相等，且两条曲线的斜率 也相等，即 Q 1＝Q 2 ……(4) ……(5)
dQ1 dT dQ2 dT
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爆炸与炸药的基本理论ppt课件

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通常采取相对某种已知的炸药作比较 来确定炸药的威力。
相对重量威力
相对体积威力
通常情况下仅有10%的炸药发挥了功效。损失原因如下：
1.化学损失 2.热损失 3.无效的机械损失
表示侧向飞散 带走部分未反应炸药 损失能量的50% 包括振动 抛掷 冲击波
炸药的爆炸性能
猛度 破碎能力。
爆速越高 猛度越大 岩石破碎度越高
炸药的爆轰理论
爆轰波的基本方程（冲击波分析法）
质量守恒： 动量守恒：
0 D H (D D H )
P HP 0 D H
能量守恒：
E H E 0 Q 1 2 (H 0 )V ( 0 V H )
ρ0 ----- 初始炸药密度
ρH ----- 反应区炸药密度 DH ----- 爆轰气体流速 D ----- 爆速 V0 ----- 炸药初始质量体积
炸药的爆炸性能
消除沟槽效应的方法：
1. 采取提高爆速的手段 使爆轰波的传递速度大于等离子波的传播速度。
（V>4500m/s）
2. 提高外包装质量。
提高包装外壳的强度 爆速将上升 沟槽效应下降
即提高了抵御等离子波的压缩穿透作用。
3. 堵塞等离子波的传播。
炮孔中设置卡环 炮孔中填充炮泥
增大药卷直径
工业生产最小药卷 Φ25 cm
沟槽效应产生的原因 1. 爆炸产物压缩药卷和孔壁间的空气，产生冲击波，它超前于爆轰波
并压缩药卷， 从而抑制爆轰。 2．美国学者认为：沟槽效应是由于药卷外部炸药爆轰产生的等离子体
影响。即炸药起爆后 在爆轰波阵面的前方有一等离子层，对后面未 反应的药卷表层产生压缩作用，妨碍该层炸药的完全反应。 （以上两种说法都有一定的实验依据 但还需要进一步发展完善）
2爆炸与炸药的基本理论

2爆炸与炸药的基本理论


5
（1）放热反应
炸药爆炸实质上是炸药中的化学能在瞬间转化为 对外界做功的过程，反应释放出的热是做功的能源， 也是化学反应进一步加速进行的必要条件。 炸药爆炸时放出的热量大小常用爆热来衡量，爆 热指单位质量炸药爆炸时放出的热量（反应热）。炸 药爆炸瞬间放出的热量主要用于对爆炸产物加热，使 爆炸产物达到很高的温度，爆炸产物在原有体积内达 到热平衡时的温度称爆温。
2 爆炸与炸药的基本理论
1
主要内容
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 基本概念 炸药的起爆与感度 炸药的爆轰理论 炸药的氧平衡与热化学参数 炸药的爆炸性能
2
2.1 基本概念
2.1.1 爆炸及其分类 2.1.2 炸药的爆炸的三个条件 2.1.3 炸药化学变化的基本形式
3
2.1.1 爆炸及其分类
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2.2.2.1 炸药的热能起爆理论
谢苗诺夫研究了爆炸性混合气体的热能起 爆理论，富兰卡－卡曼尼兹进一步研究发展了 该理论，并将其成功地应用于凝聚体炸药。 基本要点：在一定的温度、压力和其他条 件下，如果一个体系反应放出的热量大于热传 导所散失的热量，就能使该体系－－混合气体 发生热积聚，从而使反应自动加速而导致爆炸。 即：爆炸是系统内部温度渐增的结果。 炸药爆炸过程的热损失主要取决于爆炸过 程中的热传导、热辐射、介质的塑性变形。
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爆发点测定器
爆发点指炸药在规定时间内起 爆所需加热的最低温度。爆发点越 低的炸药，热感度越高。爆发点测 定原理是：将定量炸药0.05g，起 爆药0.01g放在恒温的环境中5min， 如果炸药没有爆炸，说明此环境温 度太低，升高环境温度后再试，如 果不到5min就爆炸，说明环境温度 太高，降低环境温度再试，直到调 整到某一环境温度时，炸药正好在 5min爆炸，此环境温度就是炸药的 爆发点。
第3章 炸药爆炸基本理论

第3章 炸药爆炸基本理论


3.2 炸药的起爆和感度
3.2.2 炸药的感度
5.静电火花 感度
静电火花感度指在静电火花的作用下炸 药发生爆炸的难易程度。 激光感度是指在激光能量作用下，炸药 发生爆炸的难易程度，常用50％发火能 量来表示。 枪击感度，又称为抛射体撞击感度，是 指用枪弹等高速抛射体撞.2.1 炸药的起爆机理
热点形成的原因:
1）炸药中的微小气泡受冲击绝热压缩，骤然加热，温度
上升很高，成为引起炸药爆炸的灼热核； 2）炸药颗粒之间或炸药与夹杂物或炸药与容器之间发生 强烈摩擦而形成灼热核； 3）高速粘滞流动产生灼热核，是液体炸药或低熔点炸药
（无气泡存在时）发生爆炸的原因之一。
炸。若是非均相炸药受到冲击时，则由于炸药受热的不均匀 性，使在局部率先产生热点，爆炸首先在热点开始并扩展， 然后引起整个炸药的爆炸。
3.2 炸药的起爆和感度
3.2.2 炸药的感度
炸药在外界能量作用下发生爆炸反应的难易程度 称为炸药的感度或敏感度。炸药感度分为：热感度、 机械感度、起爆冲能感度、冲击波感度、静电火花感 度、激光感度和枪击感度等。
爆炸。 炸药发生爆炸的条件有两个：一是放热量大于散热量
，即炸药中能产生热积累；二是炸药受热分解反应的放热
速度大于环境介质的散热速度。只有这样，才能使炸药内 的温度不断上升，引起炸药的自动加速反应和导致爆炸。
3.2 炸药的起爆和感度
3.2.1 炸药的起爆机理
机械能起爆机理
机械能起爆机理
先后出现了“热学说”、“摩擦化学假说”和“热点学
3.1 爆炸和炸药的基本概念
三、炸药化学变化的形式： 缓慢分解（热分解）、燃烧、爆炸及爆轰。
热分解
在常温常压下，炸药会自行分解。当温度升高 到一定值时，可能会转化成燃烧，甚至爆炸。 在火焰和其他热源作用下，炸药可以燃烧。且 在一定条件下燃烧是稳定的，只要压力、温度 不变，燃烧不会改变，直至燃尽。 炸药高速放热、产生气体的反应称为爆炸。
炸药与爆炸的基本理论

炸药与爆炸的基本理论

通过燃烧释放炸药的能量，其速度相对缓慢；燃烧是通过热传导和热辐射来传递能量；燃烧
受环境条件的影响较大。
燃烧和爆燃的速度都是亚音速的，
爆炸则是借助于冲击波对炸药一层层的强烈冲击压缩作用来传递能量和激起化学反应的；爆炸
反应比燃烧反应更为激烈，放出热量的速度和形成的温度也更高；爆炸和爆轰的速度则是超音速
的。
一般工业炸药，如梯恩梯和各类混合炸药。感度较低，威力较大。
3)发射药（Propelant） 如黑火药，火焰感度高，多作为推进剂。
按作用特性和用途分类
2）猛炸药（high explosive） 猛炸药指那些利用爆轰所释放的能量对周围介质作
功的炸药。猛炸药因其对周围介质的破坏作用猛烈而 得名。
无论军用还是民用，大量使用的仍是由混合炸药 组成的猛炸药。不同的是民用混合炸药以廉价的硝酸 铵为主要成分，而军用混合炸药则很少使用硝酸铵， 只是在特定条件下将其当作一种代用品。
•● 炸药的氧平衡（oxygen balance）
对单质炸药: O.B.=16[c-(2a+b/2)]/M 对混合炸药：O.B.= ∑((O.B.)i×ki)
当炸药中成份不同或爆炸条件不同时，根据炸 药的氧平衡不同，将可能产生以下几种情况：
(1)零氧平衡 炸药中氧的含量恰好能将碳、氢完全氧化，此时炸药的氧平衡为零，即 c-(2a+b/2)＝0 ◆ 因氧和可燃元素都得到了充分利用，故在理想反应条件下，炸药的热量释放最为充
在民用爆破工程领域，应用最为广泛的是硝铵炸药。
按炸药的物理状态分类
◆ 固体炸药 ◆ 液体炸药 ◆ 气体炸药 ◆ 多相炸药
•1 炸药与爆炸的基本理论
•1.2 炸药的氧平 衡
• 氧化剂 ＋ 还原剂
凿岩爆破之炸药的爆轰理论

凿岩爆破之炸药的爆轰理论

不同步 2、爆轰压力是平均值 （P1+P2）/2 3、反应区宽度大 4、反应时间是各成分之和
理想爆轰与稳定爆轰
爆速来衡量爆炸反应能量释放的多少 理想爆轰的爆速最高，小于临界爆速爆轰中 断，一般是以稳定爆轰进行，用药包直径 影响来描述
侧向扩散的影响
• 爆轰波的基础是一种特殊形式的冲击波 • 冲击波是爆轰波的基础，爆轰波是一种特殊形式 的冲击波 • 冲击波可以从理论上进行推导并能用实验进行验 证——击波管 • 冲击波是一种特殊形式的压缩波，和一般压缩波 的波轰面不同，一般压缩波的波轰面是连续变化 的，如正弦波，冲击波的波阵面则是突然跃升的 • 飞机超音速飞行可能产生冲击波
不稳定爆轰
稳定爆轰
理想爆轰
影响稳定传爆的因素
药包直径——越大越好——尤其是低感炸药 药包外壳——越坚固越好 装药密度
– 单质猛炸药密度大，性能好 – 混合工业炸药则有最佳值 – 炸药粒度——小了好，当药包直径很大时，影 响不大
第四讲 炸药的爆轰理论
一、概述
• 炸药起爆后是如何传播的
– 炸药总是在一点起爆的，那么通过什么机制传 播到整体爆炸？ – 在什么条件下能可靠传爆？什么条件下可能发 生爆轰中断？ – 目前主要认可查普曼—朱格（ChapmanJouget，简称C-J理论)的解释 – 爆轰波理论是爆破的理论基础
二、冲击波概念
1、击波管试验
氮气 电引火头将明胶片炸碎 高压氮气突然向右测空气压缩 受加速压缩的空气中产生冲击波 有声响发出
空气管 高压窒 明胶片 电引火头
2、爆轰波波阵面示意图
爆轰波的结构 0-1区为冲击波 1-2区为反应区 2-2面为C-J面 0-2为爆轰波阵面
特点 爆轰波只存在于爆轰过程中 爆轰结束也随之消失 化学反应区是能源 具有稳定性 爆轰参数指2-2面上的参数

火工品基础


火工品的基本要求
长贮安定性 火工品在一定条件下长期贮存不发生变化 与失效的功能称火工品的长贮安定性。安定 性决定于火工品中所用药剂本身、药剂相互 之间、药剂与相接触的金属与非金属之间， 在一定温度和湿度影响下是否发生变化(包括 物理的和化学的)。我国军用火工品规定贮存 期为10年至15年，民用火工品为2年至3年， 要求火工品在贮存期内应性能安定。
炸药的起爆理论---热起爆理论
炸药在一定的条件（温度、压力及其它条件）下，若反 应放出的热量大于热传导所散失的热量，就能使反应自动加 速，最后导致爆炸。炸药虽然在常温、常压及不受外界任何 作用下，也会发生分解反应，但是缓慢的反应不会导致爆炸。 炸药爆炸的两个临界条件是：①炸药反应单位时间放出的热 量Q1必须大于或等于散失给环境的能量Q2，即Q1≥Q2。② 放热温度的变化率必须大于等于散热量随温度的变化率，即 （d1/dT）≥（dQ2/dT）。只有满足以上两个临界条件，在 炸药反应的过程中才能发生热积累，加速反应并导致爆炸。 对炸药加热就是促进反应加速并导致爆炸的最低环境温度。 从开始自行加速到爆炸需要一定的时间，称为爆发延滞期。 但对每种炸药而言爆发点并非固定值，它不仅和炸药性能有 关，也和加热传热条件、散热和通风条件以及炸药的数量有 关。
炸药的机械起爆原理——热点学说
机械能起爆主要是摩擦、撞击和针刺三种方式。三 种起爆方式所涉及的起爆理论为热点起爆理论。炸 药在机械撞击作用下，产生的热集中在个别点上形 成热点，使这些热点的温度高于爆发点，从这些热 点开始爆炸并扩散到整个炸药。 热点产生的原因很多，如炸药中的空气隙或气泡的 绝热压缩；炸药颗粒后杂质之间的磨擦加热；炸药 中的内应力缺陷造成的应力集中等。
雷管


针刺雷管 针刺雷管是靠击针刺入雷管中的击发药引爆的，它是 常规武器引信里大量使用的火工元件，它由管壳、加强帽 （不带孔）和药剂组成。

爆轰理论(下)资料

这类反应多发生在固体粉状炸药，晶体炸药 ，含有大量气泡的液体炸药和胶质炸药。
“起爆中心”有以下主要形成途径：
① 炸药中含有微少气泡，受到冲击绝热压缩。 ② 炸药质点的运动速度不同而产生的摩擦或变形。 ③ 炸药气体产物的渗透使炸药的颗粒表面加热。 ④ 炸药晶体在切面剪应力作用下发生表面局部缺陷 的湮没而成形热点。 ⑤ 由于冲击波在炸药中产生的流体动力学现象，如 射流作用，正规碰撞，马赫碰撞，空穴崩解。 ⑥ 在冲击波作用下炸药发生层裂，相变和相互碰撞 形成热点。
热压缩，受压缩的炸药层各处都均匀地升到很高的温度， 因而化学反应在反应区的整个体积内进行（较难起爆）。
这类反应的炸药一般是均质炸药，即炸药装药是任何一
体积内其成分和密度都是相同的，不含气泡的液体炸药； 接近晶体密度（致密）的固体炸药（如铸装炸药或压装密 度很高的粉状炸药）。
爆速>6000m·s-1，波阵面温度>1000℃才能激起凝聚炸药 的整体反应。
（iii）在化学反应区内，介质质点却处于局部、迅速 、部分的热动力平衡，只是尚未达到化学平衡。
核心：存在一个反应区
表示：爆轰波=冲击波阵面+化学反应区 冲击波阵面炸药的参数突跃，无化学反应
化学反应区中进行化学反应，压力↓→爆炸产物 的膨胀为止（化学反应区的初态就是冲击波波的状 态1－1面）终态就是爆轰结果的状态2-2面
Qv
可以导出反应区参数的时空参数。
1 (1 t)2
v kv0 (1 1 ) kv0 (1 1 t )
k 1
k
k 1 k
1
v
p


0
2 D
(2 t)
k 1
u
D
Dv

爆炸与炸药的基本理论之一


1.爆炸的基本条件与基本形式
炸药在火焰或其他热作用下，极大多数炸药在 非密闭状态下会稳定地燃烧（其反应速度小于其声 速），但在密闭状态下及环境温度过高时都有可能由 燃烧转变为爆炸，因此在炸药的贮存、运输、使用、 销毁时，因防止炸药由燃烧转变为爆炸酿成事故；而 已经产生局部爆炸反应的炸药，由于炸药本身性质、 结构：如炸药直径变小、密度发生变化都会引起爆炸 反应发生中断或者转化为燃烧；也可能在外界条件突 然发生变化情况下，如温度急剧下降、炸药由密闭状 态突然变为非密闭状态都可能导致炸药由爆炸转化为 燃烧，在爆破工程中因防止炸药由爆炸转化为燃烧而 影响爆破效果。（事故案例）
炸药
3.炸药的爆轰理论
炸药起爆的理论 ① 热能起爆理论：前苏联学者谢苗诺夫认为爆炸是系统内部 温度渐增、导致热能累积的结果。这种理论适合于气体爆 炸。 ② 灼热核理论（或称热点学说）：这种学说，大意是炸药局 部受到摩擦或撞击而达到了使炸药某点爆炸的温度，然后 由点到面迅速传播到全部。这个局部的点称为灼热核，核 径有10-3~10-5cm。灼热核形成 有两种原因： 一是绝热压缩炸药内部存在的微小气泡，形成灼热核； 二是炸药受到机械作用，使颗粒间产生摩擦，形成灼 热核。
感度↑
杂质含量： 增感材料：高硬度，含棱角，石英，玻璃 钝感材料：软质，高热容，水，石腊
2.炸药的起爆和感度
炸药感度对爆破工程安全的影响 （1）热感度对爆破工程安全的影响： 炸药的爆发点 炸药的火焰感度 （2）机械感度对爆破工程安全的影响： 炸药的撞击感度 炸药的摩擦感度 （3）爆轰感度对爆破工程安全的影响： （4）静电感度对爆破工程安全的影响：
2#岩石硝铵炸药 3638 kj/kg 黑索金 5820 kj/kg TNT 4187 kj/kg

中南大学爆破教程第4章 炸药及爆炸的基本理论


（2）核爆炸
核爆炸的能源是核裂变（铀235或钚239的的 裂变）或核聚变（氘、氚、锂的聚变）反应所释放 出的能量。 核爆炸可形成数百万到几千万度的高温，在 爆炸中心可区造成数数百万到几千万个大气压的高 压，同时还有很强的光和热的辐射以及各种放射性 粒子的贯穿辐射。
原子弹； 氢弹；
（3）化学爆炸 化学爆炸是通过化学反应将物质内潜在的化学能， 在极短时间内迅速释放出来，转变为强压缩能，使 爆轰产物处于高温（3000~5000 K ）、高压（几 MPa甚至上万MPa）状态，并急骤向外膨胀，从而 对外界做功。 炸药爆炸； 可燃气体或粉尘与一定比例空气的混合物； 瓦斯爆炸；
表面上看，此反应形成的都是固态产物，但是由 于在爆炸反应温度下，银发生气化，同时使周围的空气 迅速灼热，因此导致了爆炸。
高速度和生成气体产物是炸药爆炸的三要素。 因此，我们可以把炸药的爆炸现象重新下这样的定义： 炸药的爆炸现象是一种以高速进行的能自动传播的化 学反应过程，在此过程，放出大量的热，以极高的速 度进行反应，并最终生成大量的气体产物。
（2）燃烧
同其它可燃物一样，有些炸药在热源（如火焰）作 用下，也会燃烧，其区别仅在于炸药燃烧是不需要外界 供氧。炸药的快速燃烧（每秒数百米）叫爆燃。 其特点： 燃烧不是在全部 物质内同时展开的，而只在局部 区域内进行并在物质中传播。
（3）爆轰与爆炸
炸药爆炸与燃烧的共同点：化学反应都只在局部 区域（反应区）内进行并在炸药内传播。大多数炸药的 爆炸也是氧化反应。
第4章 炸药及爆炸的基本理论
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 炸药的感度 炸药的爆轰理论 炸药爆轰产物及氧平衡值 炸药的热化学参数 爆炸功
4.1 爆炸与炸药基本概念

炸药爆轰理论：是熵极大还是熵极小？

炸药爆轰理论：是熵极大还是熵极小？文章来源根据科学网胡绍鸣的博客整编1. 炸药爆炸之后动不动？人人明白炸药爆炸飞砂走石,偏偏炸药专家犯起了糊涂。

炸药爆轰理论证明炸药爆轰产物一直向前运动，工程应用却另搞一套：假设炸药爆轰产物瞬间静止不动,得到的公式非常简单,计算炸弹鱼雷导弹乃至土石方爆破都很准。

那么炸药爆轰产物到底动不动?先看实验。

买个头号大鞭炮，中间切条缝，用包糖的锡纸插在缝里。

点火放炮，锡纸动说明爆炸产物动，否则就是不动。

嘭！咔，咔！瞬间照相机连拍两张照片。

对比两张照片上的锡纸位置：没变动。

照片显示，炸药爆炸后，锡纸抖了一下，接着瞬间静止不动，然后再飞散。

怎么会不动呢？改用最新款手机来拍摄，显示屏上锡纸飞出老远，这视乎说明实验无法重复。

原来，炸药爆炸后静止不动的瞬间很短，手机曝光没有相机的快，相机曝光时间是亿分之一秒。

这使我们想起：当年比萨斜塔下轻重物体同时落地的实验结果会有几个人相信？是不是实验环节有问题？四位学者于是换炸药，调相机，换金属箔，重新做实验。

一次，两次，十次，结果仍然都是金属箔不动。

由于任何一本爆轰理论专著的描述都是爆轰产物向前运动，所以这个实验质疑了经典理论在基本概念上的错误，照片被发表在《中国科学》杂志上。

虽然六年过去了，却一直没有出现相反实验结果的报道。

在现代科学技术领域，很难找到和体系基本理论矛盾的问题。

投巨资建对撞机、射电望远镜，上穷碧落下黄泉，不就是为了找问题吗？鞭炮才几个钱，能发现炸药爆轰产物瞬间静止不动，挑战传统理论，不也是在寻求科学真理吗？2.炸药爆轰产物带来的熵极小吗？热力学第二定律告诉我们，一切热现象达到终点的熵趋向极大。

然而，所有中外炸药爆轰专著虽然都认为炸药爆轰是热现象，但炸药爆轰趋向熵极小，最后是等熵过程而熵不再增加。

炸药爆轰理论挑战了热力学第二定律，孰是孰非？如果爆轰产物真的熵极小，为什么历经百年得不到实验证明？假如爆轰产物熵极小合理，为什么自然界还没有发现第二个终点熵极小的热现象？当物理界辩论“以太”时，爆轰界就辩论“熵极小”了。

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炸药径向间隙效应
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可采取选用爆速大的炸药和大直径药 卷及坚固外壳等措施，实现稳定爆轰。
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七、爆速的测定方法
炸药的爆速是衡量炸药爆炸性能的重 要标志量，也是目前可以比较准确测定的 一个爆轰参数。
测量方法 （1）导爆索法 （2）电测法 （3）高速摄影法
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l
h
导爆索法测爆速
一、冲击波的基本概念
1、压缩波基本概念
P P
P1
P0 x
均 匀 区
扰 动 区
未扰 动区
P0 x
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在无限长气筒活塞右侧充满压力为P0 的气体，当活塞在F力的作用下向右运动 时，活塞右侧气体存在三个区域： 压力为P1的均匀区 压力介于P1与P0之间的扰动区 压力仍为P0的未扰动区
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2
1 0
使介质运动的力是波阵面两边的压力差 PH P0 在单位时间内流进波阵面的介质质量为 0 ( D u0 ) 其速度的变化为 ( D u 0 ) ( D u H ) u H u 0 根据动量守恒定律有：
PH P0 0 ( D u 0 )( u H u 0 )
已反应的药包
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未反应的药包
1)炸药达到稳定爆轰前有 一个不稳定的爆炸区。
2)在特定的条件下，每种 炸药都会有一个不变的炸 药特征爆速Di。 3) 每种炸药都存在一个最 小的临界爆速Dc。波速低 于Dc后，冲击波将衰减为 音波而导致爆轰熄灭。
炸药包在冲击波激发下的爆轰过程
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（2）爆轰波模型
H ( D u H )[ E H
1 2 (D uH ) ]
2
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考虑波阵面两边的介质状态，单位面积上所受的外 力为： A右边的未扰动的介质压力 P0和A左边的压力 PH ， 前者所做的功为 P0 ( D u0 ) ，而后者所做的功为PH ( D u H ) （因作用力和运动方向相反，故为负号）。 因为在爆轰过程中爆热转化为爆炸产物的内能，而 它本来是贮存于炸药中的，故炸药的总内能E0。可以表 示为炸药的内能E0和这部分化学能Qv之和，而爆炸产物 的总内能EH，即为该状态下的内能，故能量守恒方程可 以写为：
H
uH
D
cH

3 4
D
D 0
2
H
4 3
0
V
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从上述公式可知： 1）反应产物质点速度比爆速小，但随爆 速的增大而增大； 2）爆轰反应结束瞬间产物的压力取决于 炸药的爆速和速度； 3）爆轰刚结束时，产物的密度比原炸药 的密度要大； 4）爆轰结束瞬间的温度不是爆温，它比 爆温高。
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t1 t 2
由于侧向扩散的严重影响，有效反应区宽度大大缩小， 能量损失很大，爆轰波的传播因得不到足够的能量补充而 迅速衰减直至爆轰中断，形成不稳定爆轰。
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t1 t 2
侧向扩散影响到反应区中炸药的化学反应过程，有 效反应区宽度小于炸药固有的反应区宽度。能量损失增 大，反应区释放能量减少，爆速和波阵面压力下降。如 果波阵面压力还足以激起其前沿炸药薄层发生化学反应， 并为爆轰波稳定传播提供足够的能量，那么，爆轰波仍 能稳定传播，但爆速低于理想爆速。
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4）径向间隙效应 管壁、孔壁与药包之间的径向间隙， 影响了爆轰波稳定传播之作用。其影响因 素有：径向间隙的大小、管壁强度、炸药 性质等。 当径向间隙为10~15mm、管壁强度大、 炸药极限密度低时，径向间隙效应明显。
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爆生气体 炮孔
P
C
D
未反应的炸药
孔内空气冲击波速度C > 炸药中爆轰波速D
就同一种炸药而言，随着药包直径的减小，有效反应 区宽度也相应缩小。当d<d临时，侧向扩散影响严重，有 效反应区大大缩小，成为不稳定爆轰。
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当d临<d<d极时，侧向扩散仍有明显影响，有效反应区宽度比炸药固有 反应区宽度略小，但有效反应区释放的能量还足够维持爆轰波以定常 速度传播，成为非理想稳定爆轰。 当d>d极时，药包中心部分不受侧向扩散的影响，爆轰波以最大速度 传播，为理想爆轰。
视频1
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根据能量守恒定律：系统内能量的变化应等于外力 所做的功。介质的能量是其内能和动能之和，故单 位时间内从右边流入波阵面的介质的能量为
0 ( D u0 ) E0
1
2 ( D u0 ) 2
其中 E0 为未扰动介质中单位质量的内能。 同样，向左流出波阵面的介质能量为
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2、理想爆轰和稳定爆轰
爆速是爆轰波的一个重要参数，用它可以分 析炸药爆轰波的传播过程。 （1）爆轰波的传播要靠反应区释放出的能量来维 持，爆速的变化直接反映了反应区结构以及能量释 出的多少和释放的快慢； （2）爆速是目前比较容易准确测定的一个爆轰波 参数。
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爆速D
非理想爆轰
不 稳 定 爆 轰
理想爆轰
避免不稳定爆 轰，力求达到 理想爆轰。
理想爆速
稳 定 爆 轰
临界 直径 极限 直径
理 想 爆 轰
药卷直径d
d极= (8~13) d临
图 炸药爆速与药卷直径的关系
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3、侧向扩散对反应区结构的影响
扩散物前锋位置
有效反应区 膨胀波 阵 面
爆轰产物区
冲击波波阵面
EH E0
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H
1 2
pH
p 0 v 0 v H

反应区
PH , ρH , u H

爆轰 产物区
2
2
P H , ρH ,
(D uH )
1 0
1 0 1 0
波阵面
u0＝0, P0 , ρ0 未反应 炸药
D
u0 D0
2
, P0 , ρ0
波阵面静止（坐标变换） 爆轰波以爆速 D在药卷中传播，当药卷截面积为S时， 在时间 内进入0-1面的炸药质量为 0 D t S t 坐标变换后，未反应炸药以 D 进入0-1面，在时间 t 内进离开0-1面的炸药质量： H ( D uH ) t S
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2、冲击波 （1）冲击波的形成
如图（下页），当时间为t1时，气筒中气体 状态如前所述，当活塞的运动足够快，大于气体 的音速c时，因气体中的音速c与其压力P成正比， 扰动区内左侧部分音速c高于右侧部分。
当t2至t3，从t3至t4，扰动区渐渐缩小，直 至消失。在t4情况下均匀区与未扰动区直接接触， 形成了冲击波。
爆轰波是在炸药中传递的带有反应能以补充 能量稳定的特殊冲击波，是爆轰作用的激发源。
由捷里道维奇、诺依曼和达尔林各自独立提 出的爆轰波结构模型如图（下页）所示，称为ZN-D模型：前沿为压力P1的冲击波波阵面（图中 粗线），阵面后为化学反应区，反应区结束时压 力为PCJ，一般PCJ = P1 /2，压力为PCJ的阵面 称为契普曼- 儒格面（CJ 面），CJ 面之后经过一 个过渡段,爆生产物变成高温高压准静态气体。
H ( D u H )[ E H
1 2 ( D u H ) ] 0 ( D u 0 )[ E 0
2
1
2
( D u 0 ) Q v ] P0 ( D u 0 ) PH ( D u H )
2
视频1
视频2
EH E0
1 2
( p H p 0 )( v 0 v H ) Q v
图4-16 不同药包直径侧向扩散对反应区结构影响示意图 (a)不稳定传爆；(b)非理想爆轰稳定传爆；(c)理想爆轰 l-反应区宽度；l-有效反应区宽度
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六、影响稳定传爆的因素
影响稳定传爆的因素
1）药包直径 如上述，要使t1＞t2(炸药中心颗粒向 周边扩散的时间t1≥炸药颗粒反应时间t2) ；
D药
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l 2h
D索
D药
L t
电测法（爆速仪）测爆速
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五、稳定爆轰的条件
1、反应区化学反应机理
（1）整体均匀灼热机理
适用于不含气泡或其它掺合物的均质炸药。在冲击 波作用下，邻接波阵面的炸药薄层均匀地受到强烈压缩， 温度迅速上升，产生急剧化学反应。
（2）热点局部灼热机理
适用于不均匀的炸药。在冲击波作用下，化学反应首 先是围绕热点开始的，然后进一步发展到整层炸药。
（2）压缩波的定义 扰动传播后，使介质状态参数(P、ρ、 T)增加的波称为压缩波。在均匀区与未扰 动区之间，存在过渡的扰动区。
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（3 ）压缩波的特点 1）其介质质点运动方向u与 波的传播方向c相同； 2）其压力的增加是连续的。
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（4）波阵面 介质中已受扰动区和未受扰动 区的界面。 （5）波速 扰动波沿介质传播的速度，也 就是波阵面的传播速度。
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P
t1
t2
t3
t4
P0
t1 t2 t3 t4
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F
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（2）定义
冲击波是其波阵面有陡峭的前沿，介 质压力在波阵面发生突跃上升。炸药爆炸
后在介质中产生的传播速度高于介质声速 的一种压缩波，
经长距离传播后，压力上升逐渐趋于 平缓或下降，冲击波最终将衰减成声波。
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（3）性质 1）其波速D大于介质音速C； 2）其波阵面是完全陡峭的，在此面 上介质参数突跃升到最高值；
3）冲击波的速度同波的强度有关。
4）没有外界能量的支持，冲击波 传播因消耗能量而逐渐衰减为音波 而趋于消失。