第四章爆炸反应与爆轰理论
第四章冲击起爆
统计数学观点，如50%爆炸能量表示临界能量：
其中
k——和炸药有关的常数；
两边取对数得：
：
炸药内部及飞片内部存在冲击阻抗。
设：
则
设飞片面积为1，时间亦为1。
则
（p—压力；A—面积=力； —时间）
（p—飞片产生的冲击波压力）
（D—冲击波阻抗）
则：
=常数
该式受下列因素影响：
1）炸药种类；
探针测试发现：
爆轰成长过程测定：硝基甲烷NM，冲击波推动炸药上移，炸药密度变大（能量密度加大） 产生，到A点炸药未受冲击波压缩时，炸药已开始爆轰，因而密度未增加，其爆速D< 。
特点：
1)从冲击波到爆轰波的过渡是突然发生的，两波轨迹线在分界点呈折线状；
2)在界面上的一层炸药受冲击波作用后，需经过一段时间延时再同时起爆；
由质量守衡定律：
（us——冲击波影响部分炸药质量）
代入 公式，则：
第二节非均相炸药冲击起爆
非均相特点：1）、界面多→冲击波有折射，反射发生；
2）多相→化学反应不可能同一。
热点温位置的不同，产生不同热点，不产生在同一界面上，因而上下左右前后有许多热点，属多点起爆机理。起爆深度的炸药在爆轰波前而消耗掉了。
第3段稳定对流燃烧
第4段低速爆轰Ⅱ阶段Ⅲ阶段是SDT
第5段高速爆轰
燃烧转爆轰过程：
激发能量→燃烧加速→压缩波→压力叠加→冲击波→爆轰
DDT =DST + SDT
燃烧转爆轰燃烧转冲击波冲击波转爆轰
影响DDT过程因素
1）炸药本身PbN6<PETN<TNT<工业炸药（由易到难）
2）密度
现实意义就是开展无起爆药雷管研究
爆轰
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。
爆轰波爆燃波的经典理论概要
10
4.1.1 爆轰波的基本关系式
CJ理论将爆轰波视为带有化学反应的冲击波， 其波阵面上仍满足质量、动量和能量守恒。
设爆轰波传播速度为D，把坐标系建立在波阵
面上，则原始爆炸物以D-u0的速度流入波阵面， 而以D-uj的速度从波阵面流出，如图4－1所示， 其中下标j代表波阵面后的参数。
6
4.1 爆轰波的CJ理论
7
4.1 爆轰波的CJ理论
19世纪末研究发现，爆炸物的爆炸过程是爆轰波 沿爆炸物的传播过程，并且发现爆轰一旦被激发， 其传播速度很快趋向该爆炸物所具有的特定数值， 即所谓理想特性爆速。在通常情况下，爆轰波以 该特征速度稳定传播下去。 在揭示爆轰波稳定传播的理论探索中， Chapman和Jouguet各自独立地提出了爆轰流 体动力学理论，提出并论证了爆轰波稳定传播的 条件及其表达式。此理论简称为爆轰波的C-J理 论。
其中 Q j Qe 就是爆轰反应放出的化学能称 为爆热。
15
4.1.1 爆轰波的基本关系式
由于爆轰产物中化学能Qj为零，因此：
U j U 0 e j e0 Qe
按照能量守恒定律，单位时间、单位面积上从波阵
面前流入的能量等于从波阵面后流出的能量，即
1 0 D u 0 U 0 P0 D u 0 0 D u 0 D u 0 2 2
1 e j e0 p j p 0 v0 v j Qe 2
……(8)
这就是爆轰波的 Hugoniot 方程，也称放热的 Hugoniot方程。
18
4.1.1 爆轰波的基本关系式
如果已知爆轰产物的状态方程：
爆炸与炸药的基本理论之一
反应的高速度
1kg煤完全燃烧时放出的热量为8912kJ。
2.炸药的起爆和感度
炸药在受到足够大的外界能量作用下发生爆炸反 应，称为炸药的起爆。而使炸药起爆的外界作用能量， 称为起爆能。常见的起爆能有以下几种： （1）热能：用火焰或其他热作用，使炸药局部温 度达到爆发点而发生爆炸。 （2）机械能：炸药在受到摩擦或撞击作用时，由 机械能转化为热能，当达到炸药爆发点时，就可引起 爆炸。 （3）爆炸能：由一种炸药爆炸产生的爆炸冲击波 能量，使另一种炸药达到其爆发点而发生爆炸。
炸药反应的激发条件、炸药的性质及周围的 环境的不同，炸药反应发生的形式也不相同。根 据炸药反应传播速度和性质的不同，可将炸药反 应分为四种基本形式：热分解、燃烧、爆燃和爆 轰。依据外界条件的不同，炸药化学反应的形式 可以按以下方式相互转化。 放热量>散热量 速度加快 速度最大 热分解 燃烧 爆炸 爆轰 放热量<散热量 速度减慢 速度衰减
P0 ----- 初始压力 PH ----- 爆轰压力 (波头压力) E0 ----- 爆轰前能量 EH ----- 爆轰时能量 VH ----- 爆轰波阵面上爆轰气体质量体积
爆轰波参数计算
(自学内容)
爆轰波稳定传播的条件 1．灼热化学反应 2．理想爆轰与稳定爆轰 药包临界直径 d临 3．侧向扩展对反应结构的影响 取决于药包直径 d 满足以下条件 药包极限直径 dt; d临
爆炸力学讲义
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。
凿岩爆破工程精品课程讲义教程-4爆炸反应和爆轰理论
工艺原因
外界原因
爆炸热化学参数
爆热
热化学参 数
爆温
爆容
爆压
重点讲解爆热，其他三个热化学参数请同学们自学。
爆炸热化学参数-爆热
爆热
在炸药爆炸全 过程中，体积 保持不变，此 时所能生成的 热量，称为定 容爆热。
如果炸药爆炸 全过程中，压 力保持恒定， 此时所生成的 热量，称为定 压爆热。
爆炸过程十分迅速，从开始爆炸到结束时间内，气体产物来不及向周围扩散， 故爆炸过程可看成是定容过程。因此炸药的爆炸生成热通常是指定容爆热。
设炸药中氧化剂、还原剂两种成分的合适配比为：x、y
根据氧平衡值设计混合炸药配比
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 B1.k1+B2.K2+B3.K3=O.B
炸药爆炸反应方程
❖ 爆炸化学反应速度非常快，温度和压力都很高， 并且瞬时都在变化，反应平衡程度不断改变。在 这种情况下，要精确测定反应终了瞬间爆轰生物 组成是十分困难的。因此，一般都采用近似的方 法建立爆炸化学反应方程，在此基础上确定爆轰 产物。
❖ 由于爆轰产物组成首先取决于炸药氧平衡，爆炸 化学反应方程是基于炸药的不同氧平衡建立的。
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。
爆燃及爆轰表现与方法
爆燃及爆轰表现和方法
蒸气云爆炸事故的特点
• 发生蒸气云爆炸时泄漏的可燃气体或蒸气 的质量一般在5000kg以上；
• 参与蒸气云爆炸的燃料最常见的为低分子 碳氢化合物；
• 除了氢以外，能够引起蒸气云爆炸的大多 数可燃气体或蒸气的密度及与空气形成的 易爆混和物密度都大于周围大气的密度；
膨胀并呈球形，表现为火球的形式。
爆燃及爆轰表现和方法
三、危害及防护
• 发生火球时，燃烧的能量几乎仅以热能 的形式释放出来。
• 蒸气云爆炸的破坏作用来自爆炸波、一 次破片作用、抛掷物以及火球热辐射；
• 爆炸波效应一般已经成了大多数蒸气云 爆炸的鉴别标志。
爆燃及爆轰表现和方法
三、危害及防护
• 要预防蒸气云爆炸事故的发生，唯一可 靠的方法是防止发生可燃物的大量泄漏。
爆燃及爆轰表现和方法
图5-3 爆燃波向爆轰波转爆变燃及过爆程轰表中现压和力方法曲线随时间的变化
四、爆燃和爆轰的破坏机理
• 爆燃和爆轰造成的破坏有显著不同，相 同的能量，爆轰造成的破坏比爆燃大得 多，主要是由于爆轰的最大超压更大。
• 爆燃虽然最大超压低，但是压力持续时 间长，对某些结构组件可能更有破坏性。
• 对某些反应而言，其反应阵面是通过强 压力波不断向前传播的，强压力波通过 压缩反应阵面前方的未反应物料，使其 温度超过自燃温度。
• 由于压缩进行得很快，导致反应阵面前 方出现压力突变或激波。这种现象就是 爆轰。
爆燃及爆轰表现和方法
二、爆轰
• 爆轰又称爆震，它是一个伴有巨大能量 释放的化学反应传输过程，同时反应阵 面及其前方的冲击波以声速或超声速向 未反应混合物传播。
凿岩爆破之炸药的爆轰理论
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
第4章爆轰波、爆燃波的经典理论
➢ 按照能量守恒定律，单位时间、单位面积上从波阵 面前流入的能量等于从波阵面后流出的能量，即
0 D
u0
U 0
P0 D
u0
1 2
0
D
u0
D
u0
2
… (3)
j D u j U j Pj D u j
1 2
j
Duj
Duj 2
16
4.1.1 爆轰波的基本关系式
9
4.1.1 爆轰波的基本关系式
10
4.1.1 爆轰波的基本关系式
➢ CJ理论将爆轰波视为带有化学反应的冲击波， 其波阵面上仍满足质量、动量和能量守恒。
➢ 设爆轰波传播速度为D，把坐标系建立在波阵 面上，则原始爆炸物以D-u0的速度流入波阵 面，而以D-uj的速度从波阵面流出，如图4－ 1所示，其中下标j代表波阵面后的参数。
……(9)
➢ 从数学上来说，爆轰波应满足什么条件才能使爆
轰波的5个参数 p j , j ,u j ,Tj , D 有解？
➢ Chapman和Jouguet根据爆轰波的传播规律，论证
了第5个关系式，即爆轰波稳定传播的CJ条件式。
19
4.1.2 爆轰波稳定传播的条件
20
4.1.2 爆轰波稳定传播的条件
➢ 爆轰波是沿爆炸物传播的强冲击波，其传过后爆 炸物因受到它的强烈冲击作用而立即激起高速化 学反应，形成高温、高压爆轰产物并释放出大量 化学反应热能。
➢ 这些能量又被用来支持爆轰波对下一层爆炸物进 行冲击压缩。因此，爆轰波就能够不衰减地传播 下去，可见，爆轰波是一种伴随有化学反应热放 出的强冲击波。
4
第4章 爆轰波、爆燃波的经典理论
爆破工程复习大纲
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。
4_冲击波与爆轰波-1
若轻推活塞（向右），活 塞移动到位置R1，于是靠 近活塞、在R0-R1之间气体 受到压缩而移动到R1-A1之 间。 在R1-A1之间，介质状态参 数为ρ0＋△ρ，p0+△p ，而 A1-A1面右边的气体仍保持 原有的状态。介质质点的 运动方向与波面一至。
0
R1
0
A1
A1
1 ρ ＋△ρ，p0+△p
等熵关系的建立
即： (
T P ) S ( )V类似有： V S
(
P S )V ( ) T T V
V S ) P ( ) T T P
——（9）（Maxwell关系） 将（9）的第二式代入（1）的第一式有： S P dS ( )V dT ( )V dV [（1）的第一式 dS ( S ) dT ( S ) dV ] V T T T T V 又由（3）式： ( S )V ( e )V T CV T，代入上式：
3）1940年，Zeldovich，1942年，Von.Neumann和 1943年Doering各自独立对C－J理论的假设和论证作 了改进。 ZND理论要比C－J理论更接近实际情况。 上述两种理论被称为爆轰波的简单理论。 ——都是一维理论 4）上世纪50年代，通过实验的详细观察，发现爆 轰波波阵面包含复杂的三维结构，这种结构被解释 为入射波，反射波和马赫波构成的三波结构。
q
dT
，质量比热单位为：
CV (
q
dT
)V
CP (
q
dT
)P
J /(kg K )
由热力学第一定律：
de q PdV
（16）
热焓定义： h e PV dh de PdV VdP q VdP （17）
燃烧学—第4章1
h*
hP
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
6
《燃烧学》--第四章
连续方程： （质量平衡）
PuP u m 常数
P 2uP 2 2u 2 m2
PuP 2 u
2
m2
P
m2
动量方程：
2 2 pP PuP pu
1 1 1 c pTP c pT Q pP p 2 P 1 1 1 c p (TP T ) pP p Q 2 P
P
p P p m 2 1 1
马兰特简化分析的基本思想： 若由Ⅱ区导出之热量能使未燃混合气之温度上升至着火温度Ti，则火焰就 能保持温度的传播
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
18
设反应区中温度分布为线性分布
《燃烧学》--第四章
热平衡方程式为 因为：
Gcp Ti T FK
dT Tm Ti dx c
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
2
《燃烧学》--第四章
可燃气体燃烧的形式
氧气
扩散燃烧
燃气
预混燃烧
燃气+ 空(氧)气
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
3
《燃烧学》--第四章
4.1预混气中火焰的传播理论
预混气中火焰的传播分为两种形式
缓燃(正常火焰传播） 爆震（爆轰）
缓燃(正常火焰传播）
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
16
4.2.2火焰焰锋结构
δ（火焰焰锋宽度） o 新 鲜 混 合 气 TC C→C0 SL δP δC a
《燃烧学》--第四章
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
爆炸与炸药的基本理论
机械能
• 通过机械作用使炸药爆炸。方式 有：撞击、摩擦、针刺、枪击等
爆炸能
• 利用某些炸药的爆炸能来起爆另外一 些炸药。工程爆破中最广泛应用的一
种起爆能。
炸药感度
感度 指在外界能量的作用下，炸药发生爆炸的难易程度。
起爆感度
火焰感度
冲击波感度 静电感度
感度
摩擦感度 撞击感度
热感度
其他感度
炸药对不同形式的外界能量作用所表现的感度是不一样的。故不能简单地 以炸药对某种起爆能的感度等效地衡量精品它课对件 另一种起爆能的感度。
有效机械功一般只占炸药总能力的10%左右。 精品课件
炸药的爆炸性能
殉爆 殉爆是指炸药（主发药包）发生爆炸时引起与它不相接触的邻近炸药
（被发药包）爆炸的现象。
殉爆距离 殉爆距离是指主发药包爆炸时一定引爆被发药包的两药包间的最大距离 。 炸药的殉爆能力用殉爆距离表示，单位一般为cm
研究殉爆的目的：
确定炸药生产房间的安全距离，为厂房设计提供基本数据；改进工业炸药的性质，提高在工 程爆破时起爆或传爆的可靠性。
单位质量炸药爆炸时所释放的热量称为爆热 (单位:J/kg 或kJ/kg )。 爆炸瞬间固体炸药变成气体产物，这些产物来不及膨胀，爆炸已经结束，因而可
以认为爆炸过程是定容过程。
爆温 指炸药爆炸时放出的能量将爆炸产物加热到的最高温度。
爆炸 压力
指当爆炸结束，爆炸产物在炸药初始体积内达到热平衡后的 流体静压值。
爆炸与炸药的基本理论
精品课件
爆炸的分类
Classification of Explosion
化学爆炸三要 素
草酸盐的炸分药解爆炸必
ZnC2O4→须Zn的+2能CO2源-20.53kJ
爆轰与爆炸现象的物理机制研究
爆轰与爆炸现象的物理机制研究爆炸是一种既具有破坏性又引人瞩目的现象，在我们的日常生活和各个领域中都能看到它的身影。
爆炸的物理机制一直以来都备受科学家们的关注和研究，通过深入探讨爆炸现象背后的物理机制，我们可以更好地理解这一现象的起因和过程，从而提高爆炸事件的预防和应对能力。
爆炸是一种剧烈的化学或物理过程，它在极短的时间内释放出巨大的能量，产生高温、高压和强烈的冲击波。
爆炸现象可以由多种因素引起，包括化学反应、核裂变、高压气体的扩散等。
爆炸通常分为两种类型：一种是爆轰，一种是爆炸。
爆轰是指在爆炸物质内部快速传播的化学反应或裂变过程。
当爆炸物被点燃或受到冲击时，其内部的分子开始燃烧或分裂，释放出大量的能量。
这种能量的快速释放导致了爆轰现象的发生，形成了一个强大的冲击波，造成周围环境的瞬间破坏。
爆炸是指在外部条件下，爆炸物质突然失去平衡，释放出能量并产生冲击波的过程。
这种爆炸通常由外部因素引起，如火灾、高温、高压等。
爆炸的结果是非常剧烈的，不仅可以造成物体的损坏，还可能对周围的人员和环境造成重大危害。
爆轰和爆炸的物理机制研究是一项复杂而重要的工作，它涉及到多个学科领域的知识，如化学、物理、工程等。
科学家们通过实验和理论分析，不断深入探讨爆炸现象的起因和过程，试图找出有效的预防和控制方法，以减少爆炸事件造成的危害。
爆轰和爆炸的物理机制可以从多个维度进行研究。
首先，我们可以从化学反应的角度来探讨爆炸现象。
爆炸物质内部的化学反应是引起爆轰的关键因素之一，不同的反应路径和速率会导致不同类型的爆炸现象。
通过研究化学反应的机制和动力学过程，我们可以更好地理解爆炸现象的本质。
其次，我们可以从能量释放和传播的角度来研究爆炸现象。
爆炸物质内部的能量释放是引起爆轰或爆炸的直接原因，而这些能量的传播路径和方式则决定了爆炸现象的发展和规模。
通过研究能量释放和传播的规律，我们可以揭示爆炸现象的物理机制，并提出相应的控制措施。
此外，我们还可以从材料科学和工程学的角度来探讨爆炸现象。
第4章 炸药与起爆方法_1爆炸基本理论
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，14006500KJ/kg。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，一般在2000－4500°C。
9
燃烧
燃烧是比热分解更高一级的化学反应形式， 往往是由受热或火焰引起的。燃烧是物质的氧化 过程，所以一般物质燃烧需要外界提供氧，而炸 药本身含有丰富的氧和燃料，不需要外界的氧就 可以燃烧，一旦炸药燃烧，靠隔绝空气的灭火方 法不起作用，往往还会加速炸药的燃烧。 炸药燃烧时对压力比较敏感，压力越大，燃 速越高，甚至由燃烧转变为爆炸，所以在密闭条 件下燃烧是很危险的。在炸药贮存时，要注意创 造不利于燃烧的条件，如改善通风条件。
11
爆轰
爆炸速度增长到稳定爆速的最大值时就转 化为爆轰，爆轰是指炸药以最大稳定速度进行的 反应过程。特定的炸药在特定的条件下的爆轰速 度为常数。 爆炸和爆轰并无本质上的区别，只不过是传 播速度不同而已。爆轰的传播速度是恒定的，爆 炸的传播速度是可变的，就这个意义上讲，也可 以认为爆轰是爆炸的一种特殊形式，即稳定的爆 炸。
8-放气孔；9-低熔点合金
27
常见炸药的爆发点
炸药名称 二硝基重氮酚 雷汞 胶质炸药 特屈儿 硝化甘油 爆发点（0C） 170～175 170～175 180～200 195～200 200～205 炸药名称 泰安 黑索金 梯恩梯 硝铵类炸药 叠氮铅 爆发点（0C） 205～215 215～235 290～295 280～320 330～340
第4章 气体爆轰理论
n0 0.25a1 a 1,2
n00.25 a1.25 a 3
据此，爆炸浓度上限的计算公式为：
Lmax0.2200.99n0 %
丙烷 Lma 的 x0.220 .9 0n 90% 4% 6
45
4.4 螺旋爆轰现象及胞格结构 ➢ 1926年，Campbell和Woodhead在研究气
解：
Q e81.0 7 6 6 1 2 1 4 3 8 0 1 20 80 2 .603 17 60 Jkg
则 D 2 k 2 1 Q e 2 1 . 2 2 1 8 2 . 6 1 3 6 1 0 7m 8 s
42
4.3 气体爆轰参数的计算
【作业】： ➢ 根据上述例子，计算常温常压下CH4＋2O2混合
7
4.2 爆炸浓度极限及其确定方法
8
4.2.1 气体爆炸浓度极限
9
4.2 爆炸浓度极限及其确定方法
➢ 通常情况下，气体混合物中可燃成分的浓度 处于一定范围内时，才会发生爆炸现象，这 个浓度范围称为爆炸浓度范围。能够发生爆 炸的最低浓度叫爆炸浓度下限，而能够发生 爆炸的最高浓度叫做爆炸浓度上限。如表4-1 所示。
已知
L A min 5 .0 % L B min 3 .0 % L C min 2 .1 % L D min 1 .5 %
L A max 15 .0 % L B max 12 .5 % L C max 9 .5 % L D max 8 .5 %
33
4.2.2爆炸浓度极限的计算
由上式可得：
30
4.2.2爆炸浓度极限的计算
爆炸——精选推荐
爆炸第四章在介质中的爆炸理论及其应⽤炸药爆炸时，爆炸物质⼏乎是瞬时转变为⾼温(333.510~410??)、⾼压(55310~310/kg cm ?)的爆炸⽓体。
爆炸⽓体膨胀很快，并排挤周围空⽓，且占其容积。
这样⼀层压缩空⽓在爆炸⽓体前沿形成和发展，这就是爆炸波。
特别是所有化学爆炸反应的能量转变为爆炸能量。
爆炸⽓体中的压⼒逐步减⼩到等于⼤⽓压，然后爆炸波不在由爆炸⽓体⽀持⽽继续独⽴传播。
由于惯性，爆炸⽓体质点继续运动，它的压⼒下降到低于⼤⽓压⼒时，⼜由于周围⽓体的压⼒⾼，爆炸⽓体逐步停⽌并往回运动。
直到它的压⼒⼜逐渐增加到稍⼤于⼤⽓压⼒，以后⼜膨胀。
如此往返重复。
这样可以看成是“爆炸⽓体—空⽓”系统的⾃由振动。
4.1 在⽆限空⽓介质中爆炸冲击波参数4.1.1空中冲击波参数的计算（⼀）H.L.Brode 数值解把空⽓作为地想⽓体，当在⽆限空⽓介质中爆炸时，爆炸冲击波参数是H.L.Brode ⽤数值计算⽅法求得的。
采⽤拉格朗⽇坐标形式表达时，⽓体⼀维球对称并加⼊⼈⼯粘性的基本⽅程组为2()u u t R R ρξρξ=-+ （质量⽅程） 220()u R p q t ρξξ=-+?? （动量⽅程） 21()E pp q t tρ??=-+?? （能量⽅程）Ru t=（速度定义）（4.1）式中，R 为欧拉坐标。
ξ为拉格朗⽇坐标，q 为⼈⼯粘性。
如果速度、密度、压⼒和⼈⼯粘性分别⽤声速0c 、初密度0ρ和初压⼒0p 为基本单位，可得元量纲变量。
0uu = 、0ρρρ= 、0p p p = 、0q q p = 、R Q λ= 、0λξ= 。
其中，Q 为动⼒学长度： 132*2120044()()23(1)R wR Q u Q E R dR p p k φφππρ??==+-?-（4.2）其中*w Q 是爆炸能量，R φ是冲击波阵⾯半径，k 是绝热指数，E 是⽐内能。
若取⾃变量⽆量纲时间t 和⽆量纲坐标ξ：301,(/)3tc t Q ξξ== 代⼊到(4.1)式，并考虑到理想⽓体的⽐内能为(1)E p k ρ=-则可得拉格朗⽇坐标形式下的⽆量纲的基本⽅程组：12()u u t ρλρλξξ-=-+?? （质量） 2()u p q t k λξ+=-（动量） []1(1)kp k q t p ρρρ??=+-?? （能量） ut λ=（速度定义）（4.3）对于球⾯冲击波，⼈⼯粘性取如下形式：229(1)()()()43k k M u u q ρξπξξ+??=?-?? （4.4）式中，ξ? 是⽹格⼤⼩，M是冲击波厚度所占的空间结点数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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%。
氧平衡的计算
因此，从提高炸药爆炸威力；充分利用炸药能 量；降低有毒气体生成量的角度来看，显然应 力求在爆炸反应时，炸药中的C、H被完全氧化 生成二氧化碳和水，而避免生成一氧化碳和氮 氧化物。 氧平衡的计算方法 将炸药分子式改写为： CaHbOcNd. a、b、c、d分别代表一个炸药 分子中C、H、O、N的含量。 炸药发生爆炸反应时，C、H完全氧化按下式进 行：
第四章爆炸反应与爆轰理论
1
2 3
炸药的氧平衡
炸药爆炸的反应方程
爆炸热化学参数
4
5
冲击波理论
爆轰和爆轰波
Hot Tip 炸药的氧平衡 冲击波理论 爆热的理论计算 爆轰与爆轰波
炸药的氧平衡
炸药爆炸是一个化学反 应过程，或者从本质说 ，是一个氧化过程，即 炸药中的氧对碳、氢等 元素的氧化，使之成为 较稳定的氧化物。炸药 的爆炸是瞬间的过程， 它所需用的氧原子全部 需本身供应。而爆炸反 应究竟生成什么产物， 也受到炸药中O量同C 、H含量比例的影响。 这就涉及到一个氧平衡 问题。定义：一克炸药 生成C、H氧化物时，以 克为单位来表示氧的剩 余量。
氧平衡的计算
混合炸药的氧平衡计算方法
混合炸药一般由催化剂、敏化剂、可燃剂等成份混合而成的 。因此，混合炸药的氧平衡率不仅与炸药各组分的氧平衡率有 关，而且取决于各组成在混合炸药中的比例大小。因此，计算 混合炸药氧平衡率时，首先要知道各组成成分及其在炸药中所 占的比例，然后，通过计算或查表求出混合炸药中各组成成分 的氧平衡值，再分别乘以各成分在炸药中所占的百分数，最后 求出各乘积的代数和，即得出该混合炸药的氧平衡值。 O.B=∑Bi.Ki 式中：Bi---为某一成分的氧平衡值 %、Ki---为该成分在炸药中的 百分率 %。
=-0.16%
⑶、根据氧平衡值设计混合炸药配比
单质炸药和炸药的单质成分的O.B值是由其分子所决定的，不能人为地加 以改变，然而，人们可以将几种物质按某种比例混合在一起以调整总
的氧平衡值。
①、两种成分的混合炸药配比方法 设炸药中氧化剂、还原剂两种成分的合适配比为：x、y
Company Logo
Байду номын сангаас
根据氧平衡值设计混合炸药配比
正氧 平衡 零氧 平衡 负氧 平衡
炸药中的氧含量足够将碳、氢含量完全氧 化，且有剩余，称为正氧平衡；
炸药中的氧含量恰够将碳、氢含量完全氧 化，无剩余，称为零氧平衡；
炸药中的氧含量不足以将碳、氢含量完全 氧化，无剩余，称为负氧平衡。
氧平衡的计算
将炸药分子式改写为： CaHbOcNd. a、b、c、d分别代表一个炸药分子中C、 H、O、N的含量。 炸药发生爆炸反应时，C、H完全氧化按下式进行： C+O2→CO2+395KJ/mol 2C+O2→2CO+110KJ/mol 2H2+O2→2H2O+242KJ/mol N2+O2→2NO2﹣90KJ/mol N2+2O2→2NO2-17KJ/mol 从上面反应可以看出： 反应生成物不同，反应释放出的热量差别很大。 当生成氮氧化物时，反而要吸收热量。 CO、NOX均属于有毒气体，对人体有害。 由此可见：炸药中所含的氧既不能少（少则生成CO)也不能 多（多则生成NOX），这两种情况均关系到炸药反应生成热 和有毒气体生成量。
O.B=[c-(2a+b/2)] ×16/M×100% (单位： g/g或%） 式中：16---为氧的原子量、 M---为炸药 的摩尔质量。
氧平衡的计算
• 例一、求硝酸铵的O.B值。
解、硝酸铵的分子式为：NH4NO3→C0H4O3N2
M=80 ∴O.B=[3－（2×0+4/2）] ×16/80=+0.2g/g 或+20% • 例二、求TNT的O.B值。 解、TNT的分子式为： C6H2(NO2)3CH3→C7H5O6N3 M=227 ∴O.B=[6－(2×7+5/2)] ×16/227=－0.74g/g 或－74%
Company Logo
根据氧平衡值设计混合炸药配比
例、求铵油炸药的O.B值。
解、已知铵油炸药的成分配比为：硝酸铵：92%、木粉：4%、柴 油：4%。 查表或计算得各成分的O.B值：硝酸铵：+20%、柴油：-327%、 木粉：-137%。 根据公式： O.B=∑Bi.K=92%×20%+4%×（-327%）+4%×（-137%）