5爆轟理論(下)教程課件

1、5.3 爆轟波基本知識 （氣體爆轟入手） 理論基礎(chǔ)：氣體動力學(xué)原理 爆轟波是帶有化學(xué)反應(yīng)的沖擊波，爆轟過程即是爆轟波的傳播過程。（經(jīng)典理論: chapmam &Jouguet 1819世紀(jì)提出）(chapmam &Jouguet卡普曼- 柔格（儒格）)幾點假設(shè)： 爆轟波為無限寬的準(zhǔn)平面波，厚度忽略突躍間斷面 爆轟波傳播過程沒有能量耗散過程，不考慮粘性，傳熱等能量損失。 化學(xué)反應(yīng)瞬間完成，釋放出來的能量全部用來支持爆轟波的自行傳播 爆轟波即是含有化學(xué)反應(yīng)能量支持的沖擊波，爆轟波具有穩(wěn)定的傳播特性，直到反應(yīng)結(jié)束。一、爆轟波C-J理論 三大定律 質(zhì)量守恒（物質(zhì)不滅） 5-28 動量守恒（動量的變化等

2、于外力作用的沖量） 5-28二、爆轟波C-J方程（基本關(guān)系式） 能量守恒（內(nèi)能的變化等于對外所作的功） 5-30 化簡 （5-34）還可推導(dǎo)出（基本關(guān)系式） 爆轟波米海爾遜直線（波速線） 爆轟波雨果尼奧曲線QV單位質(zhì)量，單位時間，單位面積的爆轟熱 氣體爆轟波穩(wěn)定傳播條件（理論研發(fā)的結(jié)果）（1）卡普曼提出：對應(yīng)于所有實際爆轟可能穩(wěn)定傳播的爆轟波速度為最小的速度。即為爆轟產(chǎn)物所處的狀態(tài)是雨果尼奧曲線與米海遜直線相切點所確定的狀態(tài)。（2）柔格提出：爆轟波相對于爆轟產(chǎn)物的傳播速度等于爆轟產(chǎn)物中的音速即 或三、C-J條件（1）雨果尼奧曲線 對于反應(yīng)區(qū)中，放出的化學(xué)能QV只是一部分，若為未反應(yīng)物質(zhì)量百分比

3、，則能量方程可寫成可變換為在P-V圖中雨果尼奧曲線，隨（未反應(yīng)物質(zhì)質(zhì)量百分比減少）曲線位置高移。四、P-V圖（2）米海爾遜直線由波速方程（米海爾遜方程）變換得由此可看出，直線的斜率與波VD有關(guān)可得一族經(jīng)過初好狀態(tài)（P0、V0）的直線D1線 VD1D2線 VD2 VD1VD2PCJ M點稱為爆轟C-J點 MB段斜率較小稱弱爆轟段 CM段斜率較大稱強爆轟段 BD段無意2段PP0 V2V0，此時VD為虛數(shù)，不代表任何實際過程。 CM段 P2P0 V20） VD，u2均大于0 與爆轟波傳播特點相同MB段即質(zhì)點運動方向與波傳播方向相反，符合燃燒過程的特征。稱燃燒段。 E點稱為燃燒 C-J點 VVCJ 稱

4、強燃燒段 B點 V2=V0 ；VD定容絕熱爆炸 D點 P2=P0 ；VD u0=0表示無限緩慢的燃燒五個線段（CM、MB、BD、DE、EF）和四個點（M、E、B、D）的意義要搞清楚。 DE段 EF段燃燒段 P2V0（P20 u2VD強爆轟段，爆轟波后的膨脹波能趕上爆轟波進入反應(yīng)區(qū)。削弱前沿沖擊波，引起爆轟速度的降低，波速線斜率減少，直到M點。LM段u+cC0。爆轟波相對于波后質(zhì)點的速度，在強爆轟時為亞音速，即VDu2C2。 6.爆轟波曲線高于沖擊波絕熱曲線 五、C-J點的重要性質(zhì)例證4 由波速方程 由質(zhì)量守恒方程： 利用C-J點的性質(zhì) 或證明六、氣體炸藥爆轟參數(shù)計算（ ）八個參數(shù)前提： 1.

5、假定爆轟波通過前后，介質(zhì)服從理想氣體狀態(tài)方程。 2. 爆炸物與產(chǎn)物的多方指數(shù)相當(dāng)。 基本方程組，理想氣體爆轟計算，爆熱爆速的計算氣體爆轟參數(shù)簡化計算公式 ， 理論爆炸溫度，由熱化學(xué)計算 M爆轟產(chǎn)物平均相對分子量 例1 P99 甲烷與空氣混合物爆轟參數(shù)計算Z-N-D模型： Z捷爾道維奇Zeldovich（蘇） N馮諾曼Von Neuman（美） DW杜林 W Doring（德）（1）問題提出 C-J理論的爆轟參數(shù)關(guān)系式與該聚炸藥實驗結(jié)果有一定偏差C-J理論簡化可能過多，爆轟波畢竟存在一個有一定寬度的化學(xué)反應(yīng)區(qū)，化學(xué)反應(yīng)亦不是瞬間完成的。七、凝聚炸藥的爆轟過程（2） Z-N-D 模型的基本假定 1

6、）流動是一維的 （ii）爆轟波的前沿是一個無化學(xué)反應(yīng)的沖擊波，沖擊波為跳躍間斷，波后是一連續(xù)的不可逆的以有限速率進行的化學(xué)反應(yīng)區(qū)。 （iii）在化學(xué)反應(yīng)區(qū)內(nèi)，介質(zhì)質(zhì)點卻處于局部、迅速、部分的熱動力平衡，只是尚未達到化學(xué)平衡。 核心：存在一個反應(yīng)區(qū) 表示：爆轟波=沖擊波陣面+化學(xué)反應(yīng)區(qū) 沖擊波陣面炸藥的參數(shù)突躍，無化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)區(qū)中進行化學(xué)反應(yīng)，壓力爆炸產(chǎn)物的膨脹為止（化學(xué)反應(yīng)區(qū)的初態(tài)就是沖擊波波的狀態(tài)11面）終態(tài)就是爆轟結(jié)果的狀態(tài)2-2面對于穩(wěn)定爆轟，即對應(yīng)于C-J點狀態(tài)，即vD=u2+C2實驗證明反應(yīng)區(qū)寬度為mm數(shù)量級 ；化學(xué)反應(yīng)時間10-610-8 （P105表）2 反應(yīng)區(qū)內(nèi)的基本方程組

7、 三個守恒方程 化學(xué)反應(yīng)分數(shù) 為l個反應(yīng)率方程 ri為第j個化學(xué)反應(yīng)分數(shù) 所對差（j=1,2,l）的反應(yīng)速率方程給定一組反應(yīng)速率 就可確定一個反應(yīng)分數(shù)在p-V圖上，可畫出一條雨果尼奧曲線。 =0，對應(yīng)沖擊波波雨果尼奧曲線 =1，對應(yīng)完全反應(yīng)雨果尼奧曲線 =01，對應(yīng)中間凍結(jié)態(tài)雨果尼奧曲線 例：某反應(yīng)速率方程可以導(dǎo)出反應(yīng)區(qū)參數(shù)的時空參數(shù)。 按照炸藥的化學(xué)組成結(jié)構(gòu)以及裝藥的物理狀態(tài)上的差異，凝聚炸藥的爆轟反應(yīng)機理，分3種類型：整體反應(yīng)機理，表面反應(yīng)機理和混合反應(yīng)機理。5.4 凝聚炸藥爆轟反應(yīng)機理（1）整體反應(yīng)機理（均勻灼熱機理） 在強烈沖擊波的作用下，波陣面上的炸藥受到強烈的絕熱壓縮，受壓縮的炸藥

8、層各處都均勻地升到很高的溫度，因而化學(xué)反應(yīng)在反應(yīng)區(qū)的整個體積內(nèi)進行（較難起爆）。 這類反應(yīng)的炸藥一般是均質(zhì)炸藥，即炸藥裝藥是任何一體積內(nèi)其成分和密度都是相同的，不含氣泡的液體炸藥；接近晶體密度（致密）的固體炸藥（如鑄裝炸藥或壓裝密度很高的粉狀炸藥）。 爆速6000ms-1，波陣面溫度1000才能激起凝聚炸藥的整體反應(yīng)。 具有熱爆炸的特點，（以后起爆機理介紹） （2）表面反應(yīng)機理（不均勻灼熱機理） 在沖擊波作用下，波陣面上的炸藥受到強烈地壓縮，但在被壓縮的炸藥層中溫度的升高是不均勻的，化學(xué)反應(yīng)首先從被稱為“起爆中心或熱點”的地點開始，進而傳到整個炸藥層，由于起爆中心容易在炸藥顆粒表面以及炸藥中所

9、含有的氣泡中，因而這種反應(yīng)機理稱表面反應(yīng)機理。 這類反應(yīng)多發(fā)生在固體粉狀炸藥，晶體炸藥，含有大量氣泡的液體炸藥和膠質(zhì)炸藥。 炸藥中含有微少氣泡，受到?jīng)_擊絕熱壓縮。 炸藥質(zhì)點的運動速度不同而產(chǎn)生的摩擦或變形。 炸藥氣體產(chǎn)物的滲透使炸藥的顆粒表面加熱。 炸藥晶體在切面剪應(yīng)力作用下發(fā)生表面局部缺陷的湮沒而成形熱點。 由于沖擊波在炸藥中產(chǎn)生的流體動力學(xué)現(xiàn)象，如射流作用，正規(guī)碰撞，馬赫碰撞，空穴崩解。 在沖擊波作用下炸藥發(fā)生層裂，相變和相互碰撞形成熱點。 “起爆中心”有以下主要形成途徑：（3）混合反應(yīng)機理熱分解-氣相反應(yīng) 這是物質(zhì)不均勻混合炸藥，尤其是固體混合炸藥（氧化劑+可燃劑）所特有的。 首先易分解

10、的成分在沖擊壓縮作用下發(fā)生分解生成氣體，然后再和其他未反應(yīng)的成分相互作用完成爆轟反應(yīng)，或者各組分以各自不同的速度，單獨進行分解，然后分解的氣體產(chǎn)物之間相互作用完成反應(yīng)。 同氣體炸藥爆轟參數(shù)計算 I方程組 或 狀態(tài)方程不同5.5凝聚炸藥爆轟參數(shù)計算 阿爾系余容狀態(tài)方程式（考慮分子自身的體積） 氣體模型 或 P109式（553） 余容內(nèi)彈道理論采用。（1）幾種產(chǎn)物狀態(tài)方程 泰勒-維里型展開式（維里狀態(tài)方程式） 氣體模型或（555） B-K-W狀態(tài)方程式 氣體模型（558） 蘭道-斯達紐柯維奇方程式（考慮分子熱運動與振動）固體模型（559） L-T-D方程 液體模型（566）計算過程非常復(fù)雜，一般需

11、計算機計算。 （根據(jù)C-J條件）利用P-V圖。 （略）(2）理論計算（工程上常用） （已知 ） 狀態(tài)方程采用等熵方程 絕熱指數(shù) 確定絕熱指數(shù) 產(chǎn)物中之成分的mol分數(shù) 產(chǎn)物中之成分的多方指數(shù)（3）近似計算常見產(chǎn)物的絕熱指數(shù) 爆轟參數(shù)（ ）可計算 例1 P116（1）炸藥的性質(zhì)與組成（反應(yīng)機理理解） 不同炸藥爆轟速度不同 混合炸藥 2000-4000ms-1 單質(zhì)猛炸藥 4000-7000ms-1 （2）裝藥藥條件 直徑，膨脹波 密度 外殼 顆粒度 （3）起爆沖量 曲線1低于臨界爆速不能引發(fā) 炸藥所加速化學(xué)反應(yīng)衰減音波。 曲線2，3高于臨界爆速 曲線4，5高于穩(wěn)定爆速 衰減穩(wěn)定爆轟 高于臨界爆速 衰減音波 5.6 凝聚炸藥起爆與傳播影響因素引爆爆轟的兩個必要條件： 起爆沖擊波速度要高于被起爆裝藥的臨界爆速（主裝藥有關(guān)） 化學(xué)反應(yīng)中所釋放的能量能支持爆轟波陣面的傳播能量損失，使其保持一定的沖擊壓力（被裝藥有關(guān)） P133135 5.7 高速爆轟與低速爆轟現(xiàn)象高速爆轟與低速爆轟現(xiàn)象低速爆轟向高速爆轟轉(zhuǎn)化5.8 爆轟波參數(shù)的實驗測定1 爆速測定（p117120)（1）比較法導(dǎo)爆索法（