第5章 气体爆轰理论

b. 相切情况 u+c=VD M 点，反应放出的能量正好支持反应的稳定传播， 即该点的膨胀波（或稀疏波）的传播正好等于爆轰波 向前推进的速度。∴M点是稳定传播点，M点即是稳定 传播爆轰的条件，即C-J条件。
五、C-J点的重要性质 1. C-J是爆轰波雨果尼奥曲线（爆轰波绝热线），米海逊 线（爆轰波波速线）和过该点等熵线的公切点：即
二、爆轰波C-J方程（基本关系式）
三大定律
① 质量守恒（物质不灭）
0 D 2 ( D u2 )
5-28
② 动量守恒（动量的变化等于外力作用的冲量）
p2 p0 0 D u D
5-28
③ 能量守恒（内能的变化等于对外所作的功）
D ( D u2 ) 2 0 D (e0 ) 2 ( D u2 )[e2 Qv ] p0 D p2 ( D u2 ) 2 2
p 2 p0 dp dp ( ) H .M ( ) S .M v0 v 2 dv dv
2. C-J点是爆轰波雨质组曲线上熵值最小的点，即
ds ) Hu 0 ( dv S Hu S H min
3. C-J点是过该点米海逊线上熵值最大的点。
ds )M 0 ( dv
p2 (k 1)v0 (k 1)v2 2(k 1)(1 )Qv p0 (k 1)v2 (k 1)v0 (k 1)v2 (k 1)v0
∴在 P-V 图中雨果尼奥曲线，随 β↓ （未反应物质质量百 分比减少）曲线位置高移。
e 2 e0
——爆轰波雨果尼奥曲线 QV——单位质量，单位时间，单位面积的爆轰热
三、C-J条件
—气体爆轰波稳定传播条件（理论研发的结果） （ 1 ）卡普曼提出：对应于所有实际爆轰可能稳定传播的 爆轰波速度为最小的速度。即为爆轰产物所处的状态是雨 果尼奥曲线与米海逊直线相切点所确定的状态。

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：

• 这是因为在破裂前容器壁会发生形变,也 可称为应力破裂或延性破坏（stress fracture 或ductile failure）。
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爆轰破坏机理
• 如果爆炸是由爆轰引起的,则激波阵面的 突然到来造成容器破裂,形成大量碎片。
• 从裂缝附近抛出的碎片也没有变薄,这是 因为容器破裂时间非常短,器壁来不及变 薄,这就是所谓的脆性破坏（brittle fracture）。
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发生蒸气云爆炸的条件
• 泄漏的物质必须是可燃的; • 点燃之前必须形成足够尺寸的蒸气云; • 在点燃之前要有足够量的空气混合进入
蒸气云,以使得混合物的浓度在可燃范围 内; • 蒸气云燃烧时火焰必须加速传播,否则只 会形成闪火。
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2021/3/24 图5-4 形成蒸气云爆炸的示意图
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转变机理
• 当一个或若干个局部爆炸中心达到临界点 火条件时,产生小的爆炸波向周围迅速放大, 并与激波反应区结合形成自持的超声速爆 轰波。
• 激波对化学反应有诱导作用,决定了化学反 应的感应时间。
• 化学反应对激波起驱动作用,提供激波传播 所需能量。
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图20251-/33/2爆4 燃波向爆轰波转变过程中压力曲线随时间的变化 26
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（二）影响爆轰发生的因素
1．浓度范围 • 爆炸性混合气体的爆轰现象只发生在一
定的浓度范围内,这个浓度范围叫爆轰范 围。
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2．强氧化剂
• 如纯氧或氯气（不是空气）等强氧化剂, 会使反应加速,并发生爆轰现象。
• 氯酸盐、高氯酸盐等氧化剂的存在会发 生加速反应或爆炸性反应。

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５.３ 炸药的有关知识
• 2)影响燃速的其他因素 • 1)炸药理化性质 • 燃烧的稳定性及其燃烧速度,首先决定化学反应速度以及从反应区向
原炸药层热传导的速度。如反应区中化学反应速度很大,而与它相对 应的热传导速度很小,则燃烧立即增强,甚至立刻发生爆轰,如叠氮化铅, 它几乎没有燃烧阶段而立刻转为爆轰,就是这种情况;如化学反应速度 过小,反应放出的热量不能补偿由热传导造成的热损失,则燃烧将逐渐 减弱,以至熄灭。 • 炸药的导热系数对燃烧过程也有很大影响,如果炸药的导数系数过大, 则大量的热量传入很深的未反应的炸药层中,增大加热层厚度,使反应 区的温度和化学反应速度降低,放热量减少,以至不能维持过程的自行 传播。
• 在工业生产尤其是国防工业生产中,由爆炸性物质引起的火灾和爆炸 事故是屡见不鲜的,而且这类物质所带来的事故灾害往往也是很惨重 的。
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５.２ 爆炸性物质的种类
• 爆炸性物质的分类方法有多种。从爆炸物管理方面可分为: • (1)起爆器材和起爆药 • (2)硝基芳香类炸药 • (3)硝酸酯类炸药 • (4)硝化甘油类混合炸药 • (5)硝酸铵类混合炸药 • (6)氯酸类混合炸药和过氯酸盐类混合炸药 • (7)液氧炸药 • (8)黑色炸药
• 1.燃烧转爆轰的条件 • 炸药的燃烧在什么条件下可以转化成爆轰呢.试验研究得出如下几个
初步的结论:
上一页 下 ①燃烧气体平衡的破坏,是燃烧转变为爆轰的主要原因。只要燃速超 过某一临界值,就会产生这种破坏。这种转变的关键条件是燃烧压力 的增加。下面分析一下混合气体由燃烧转变为爆轰的过程:在混合气 体的管子开口端点火时,火焰才能做等速均匀传播,而在密封的管子中 燃烧时,火焰则以不断增长的速度进行传播,燃烧不断产生的气体的膨 胀使燃烧面前边的混合气体的压力逐渐增大;而燃烧面压力越大,燃烧 速度就越快,密度、温度也随着提高,这就使以后各层气体反应速度更 快,燃烧面前边的气体压力更高,从而形成一层一层的压缩波。这些压 缩波叠加的结果,就形成了冲击波。随着燃烧传播而形成的冲击波强 度的增大,燃烧越来越激烈,在冲击波强度达到某一临界值就会发生爆 轰。