爆轰概念和应用
爆轰波
(5)
在P-V平面上,这是一个点斜式的直线方程。表示通过点 A(P0 ,V0 )
( D u0 ) 2 ,斜率为 tg tg (180 ) tg 的直线。 2 V0 ------爆轰波波速线（爆速线）(Miechelson线或 Rayleigh线)
2015年11月20日星期五
2
1 若令 ，则有： 1 2 2 4 2 (P P )( V V ) ( 1 ) P V 2 QV 1 0 1 0 0 0
2015年11月20日星期五
P1V1 P0V0 1 ( P1 P0 )(V0 V1 ) Q 1 1 2
e1 ( P 0 ,V0 , 0) e( P 0 ,V0 ) Q 1 , V1 , 1)(3)式可写为:
e1 ( P1 , V1 ) e0 ( P0 , V0 ) 1 ( P1 P0 )(V0 V1 ) Q 2
2 2 1 1 TdS PdV ( V V ) dP ( P P0 )dV 0 从而有： 2 2
即： 2TdS (V0 V )dP ( P P0 )dV P P0 2T dS dP ( )曲线2＝ ( )曲线2 V0 V dV V0 V dV
(9)
2015年11月20日星期五 第 17 页
D u1 C1
那么什么叫C-J条件呢？
ⅰ) Chapman提出的稳定爆轰传播条件：
P1 P0 dP ( )曲线2＝ dV V0 V1
（8）
实际爆轰对应于所有可能稳定传播的爆轰中速度最小的爆轰。
ⅱ) Jouguet提出的条件为：
D u1 C1
2015年11月20日星期五 第 3页
炸药化学反应的基本形式
炸药化学反应的基本形式
炸药是在一定的外界能量作用下，能发生快速化学反应，生成大量的热和气体产物，对周围介质产生强烈的机械作用并显示爆炸效应的化合物或混合物。
炸药爆炸的基本形式主要有以下几种：
1. 热分解：炸药在受热作用下发生分解反应，产生热量和气体。
这种反应通常是缓慢的，只有在较高的温度下才会加速。
2. 燃烧：炸药在有氧存在的条件下发生燃烧反应，产生大量的热量和气体。
这种反应通常是快速的，并且可以产生很高的压力。
3. 爆轰：炸药在极高的压力和温度下发生爆轰反应，产生极高的压力和温度，并释放出大量的能量。
这种反应通常是瞬间发生的，并且可以产生非常强烈的爆炸效应。
需要注意的是，炸药的爆炸过程非常复杂，涉及到许多因素，如炸药的种类、密度、纯度、起爆方式等。
不同的炸药在爆炸过程中可能会表现出不同的特性和反应形式。
同时，炸药的爆炸过程也会对周围环境产生很大的影响，因此在炸药的生产、运输、储存和使用过程中需要严格遵守相关的安全规定和操作规程，以确保人身安全和社会稳定。
爆炸力学讲义
爆炸力学讲义1. 引言爆炸力学是研究爆炸现象及其背后的物理和化学原理的科学领域。
本讲义将介绍爆炸力学的基本概念、原理和应用，以帮助读者更好地理解和应对与爆炸相关的问题。
2. 爆炸基础知识2.1 爆炸定义爆炸是指在一定条件下，物质内部能量迅速释放并产生剧烈的火焰、光亮、声响和气体冲击波等现象。
它是一种极为复杂的物理过程，涉及能量转换、物质相变和反应动力学等多个方面。
2.2 爆轰与爆燃在爆炸中，有两个重要概念需要区分：爆轰和爆燃。
爆轰是指在超声速下，火焰由点火源向未点火区域传播，并产生可见的冲击波。
而爆燃则是指火焰以亚声速蔓延，并没有明显的冲击波。
2.3 爆速与传播方式爆速是指爆炸波传播的速度。
根据传播方式的不同，爆速可以分为两种类型：很快爆速和相对较慢的爆速。
其中，很快爆速通常用于高爆炸物，而相对较慢的爆速通常用于低爆炸物。
3. 爆炸物理学3.1 爆炸能量在一个完整的化学反应中，反应物与产物之间的能量差称为焓变。
当焓变为负值时，反应释放出能量；当焓变为正值时，反应吸收能量。
在爆炸中，焓变通常为负值，因此释放出大量能量。
3.2 燃烧过程在一个典型的固体燃料中，可分为三个阶段：引燃、扩展和消耗。
引燃阶段是指点火源接触到固体表面并引发可燃物质开始氧化反应；扩展阶段是指火焰从点火源向周围蔓延；消耗阶段是指可燃物质被完全消耗。
3.3 爆轰过程在一个典型的气体爆炸中，可分为四个阶段：压缩、点火、爆轰和扩展。
压缩阶段是指气体被压缩到一定程度；点火阶段是指点火源引发气体燃烧；爆轰阶段是指反应物快速释放能量，并形成冲击波；扩展阶段是指冲击波向周围传播。
4. 爆炸力学应用4.1 爆炸物品安全处理由于爆炸物品可能对人员和环境造成严重伤害，因此安全处理是至关重要的。
包括合理储存、运输和处理爆炸物品的规范，以及采取适当的安全措施来减少事故风险。
4.2 爆破工程爆破工程广泛应用于采矿、建筑和拆除等领域。
通过控制爆炸能量的释放方式和方向，可以实现精确的地质勘探、岩土工程处理和建筑拆除等目标。
爆破基础知识1
1 爆炸和炸药的基本知识1．基本概念1． 1 爆炸及其分类何谓爆炸：爆炸是某一物质系统瞬间释放出巨大能量的物理和化学变化的过程，在这个过程中产生大量的高压、高温气体，伴随有冲击波、热、光‘声、电磁等效应。
爆炸分类:（1）物理爆炸：系统物质形态发生变化而物质组成和性质不发生变化的爆炸现象，如锅炉爆炸等（2）化学爆炸：系统物质形态、物质组成和性质都发生变化的爆炸现象,如炸药爆炸，这是本章的重点.（3）核爆炸：原子弹、氢弹，都是利用化学元素U235的裂变和氘、氚、锂等聚变发生的爆炸现象1．2 产生化学爆炸的条件：（1）变化过程必须是放热反应，这是发生爆炸的首要条件，但不是说放热反应就能发生爆炸。
ZnC2O4=Zn+2CO2-205。
4kj (吸热反应,不能发生爆炸)CuC2O4=Cu+2CO2+23.86kj （小量的热,不足以发生爆炸)AgC2O4=2Ag+2CO2+55。
2kj （放出大量的热,有产生爆炸的条件）(2)变化过程必须是高速的,也就是要求释放能量快，即单位时间内传播的能量大,这是发生爆炸的重要条件.如煤的放热反应,每kg 释放能量为8960kj，而TNT炸药的爆炸反应，每kg释放能量4187k，而1kg煤的放热反应时间需要半小时,TNT炸药的爆炸反应只需要10—6秒.因此，虽然发热量煤是TNT的两倍，但单位时间内放出的能量TNT却是煤的几千万倍。
（3）变化过程必须释放出大量的气体,这是发生爆炸的必要条件。
如铝热剂反应：2Al+Fe2O3=AlO3+2Fe+8290kj这是高放热反应，但没有气体发生，也不是爆炸反应。
以上三个是主要条件,缺一不可，否则就不能发生爆炸反应。
1．3 炸药及其分类1．3．1按炸药组成分类:（1）单质炸药：由C、H、O、N四大元素组成的单一结构的化学物质。
如TNT、黑索金等（2）混合炸药：由二种以上成分结构组成的机械混合物。
如硝铵炸药、铵油炸药等。
1．3．2 按用途分类：（1）起爆药：敏感度很高的炸药，如雷汞、迭氮化铅等.（2）炸药：敏感度低、需要较大的起爆能量才能爆炸。
爆燃、爆轰与爆炸
爆燃、爆轰与爆炸
目前，很多安全工程技术中的概念并没有统一，这里只是一种解释。
一、燃烧过程可以产生爆炸，燃烧导致的爆炸可以按照燃烧速度分为两类：
1 爆炸性混合气体的火焰波以低于声速传播的燃烧过程称为爆燃;
2 爆炸性混合气体的火焰波在管道内以高于声速传播的燃烧过程称为爆轰。
(注：声速的绝对数值取决于介质，例如空气中的声速和氢气中的声速当然是不一样的。
)
二、爆炸可以是化学爆炸(例如由燃烧产生)和物理爆炸(例如快速蒸发引起
的爆炸)，但是它的共同物理本质就是压力骤变形成压缩波，按照爆炸传播速度
分为三类：
1 轻爆爆炸传播速度数量级0.1~10m/s;
2 爆炸(狭义) 爆炸传播速度数量级10~1000m/s;
3 爆轰爆炸传播速度大于1000m/s。
这里的“爆轰”定义包涵了燃烧过程中的爆轰。
工业炸药--爆炸现象及炸药的基本概念
工业炸药--爆炸现象及炸药的基本概念一、爆炸现象我们日常生活中碰到的爆炸现象，如锅炉爆炸、轮胎爆炸、鞭炮爆炸等，它们的共同特征是：在发生爆炸处，四周压力突然升高，四周物质受到冲击或破坏，同时伴有声、光等效应。
依据爆炸产生的原因及特征，爆炸现象可分为三类：1．物理爆炸其特点是爆炸前后物质的性质及化学成分没有改变(仅发生压力增大等)，如轮胎、锅炉、高压气瓶等爆炸均属物理爆炸。
2．化学爆炸物态变化时发生极迅速的放热化学反应，生成高温、高压产物，由此而引起的爆炸称为化学爆炸，如炸药、沼气、鞭炮等的爆炸。
3．核爆炸某些物质的原子核发生裂变或聚变连锁反应时，瞬间放出庞大能量，如原子弹、氢弹的爆炸。
二、炸药的基本概念(一)炸药爆炸三要素炸药爆炸是化学爆炸的一种，炸药爆炸时应具备三个同时并存相辅相成的条件，称为炸药爆炸三要素。
1．反应过程大量放热放热是化学爆炸反应得以自动高速进行的首要条件，也是炸药爆炸对外作功的动力。
例如，1kg梯恩梯爆炸时能产生1183kcal 的热量；而把1kg大米做成饭却只必须要约5kcal的热量。
2．反应过程极快这是区别于一般化学反应的显著特点，爆炸可在瞬间完成。
例如1kg梯恩梯完全爆炸只必须要十万分之一秒的时间，而lkg 煤能放热2140kcal，比梯恩梯约多一倍，但其反应时间要几十分钟，故煤不具备爆炸条件。
3．生成大量气体一个化学反应，即使具备了前面两个条件，而不具备本条件时，仍不属爆炸。
(二)炸药化学变化的基本形式炸药在外能作用下可能发生三种基本形式的化学反应，即热分解、燃烧和爆炸。
1．热分解炸药在常温下或受热作用时，会发生缓慢的分解并放出热量，这就是热分解。
热分解速度随温度的升高而加快。
所以，在贮存炸药时，堆放不要过密过多，要注意通风，坚持常温，防止炸药因温度过高导致热分解加快而引起的爆炸事故。
2．燃烧炸药在火焰或热作用下可能引起燃烧。
燃烧速度一般比较慢，但当燃烧生成的气体或热量不能及时排出时，可能导致爆炸。
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摘要：爆轰与爆炸是一类复杂而危险的物理现象，在多个领域都有重要的应用。
本论文将对爆轰与爆炸的物理机制进行研究与分析。
首先，将介绍爆轰与爆炸的定义与基本概念，包括爆炸的分类与爆轰的特点。
其次，将讨论爆轰与爆炸的能量释放机制，包括化学能转化为热能，产生高温高压等。
然后，将探讨爆轰与爆炸的传播机制，包括爆炸波的传播与压力波的形成。
最后，将讨论爆轰与爆炸的影响与应用，包括军事爆炸与工业爆炸的应用。
关键词：爆轰，爆炸，物理机制，能量释放，传播机制，应用1. 简介爆轰与爆炸是一类常见而危险的物理现象，其在军事、工业和科学研究等领域都有广泛的应用。
爆炸通常指的是以极快速度放出大量能量的过程，而爆轰则是指在一个密闭空间内，能量释放过程引发的连锁反应。
本论文将对爆轰与爆炸的物理机制进行深入研究与分析。
2. 爆炸的分类与爆轰的特点爆炸可以按照能量释放方式分为化学爆炸、核爆炸、物理爆炸等。
其中，化学爆炸是最常见的一种形式，其能量来源于化学反应。
爆轰是一种密闭空间内的连锁反应，其特点是反应过程引发剧烈能量释放，产生冲击波和大气压力，导致爆炸波的传播。
3. 爆轰与爆炸的能量释放机制爆轰与爆炸的能量主要来自化学反应，当可燃物质与氧化剂接触时，发生放热反应，将化学能转化为热能。
这会导致温度、压力和体积的迅速增加，形成高温高压区域。
同时，能量的释放还会引发周围物质的燃烧，形成火焰，并释放大量的气体。
4. 爆轰与爆炸的传播机制爆轰与爆炸的传播主要是通过爆炸波和压力波的形成进行的。
爆炸波是指由爆炸产生的高温高压区域形成的冲击波，其传播速度非常快，可以达到音速以上。
压力波是爆炸后的气体体积迅速扩大造成的压力变化，也会导致周围气体和物体的振动和移动。
5. 爆轰与爆炸的影响与应用爆轰与爆炸对周围环境和物体造成的影响非常巨大，其能量释放和传播的特性使其在军事与工业领域有广泛的应用。
例如，爆炸可以用于构建炸弹和火箭等武器，也可以用于岩石开采和建筑拆除等工业应用。
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。
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
17
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。
22
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。
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。
爆炸力学讲义
爆炸力学讲义
爆炸力学讲义是关于爆炸现象及其相关力学原理的学习材料。
爆炸力学是研究爆炸和爆炸反应的力学性质、规律和工程应用的学科领域，它涉及爆炸产生的冲击波、能量释放、物体破碎、爆炸速度、压力、温度等实验现象和理论模型。
爆炸力学讲义包括以下内容：
1. 爆炸的基本概念：介绍了爆炸的定义、分类以及爆炸反应的各个阶段。
2. 爆炸产生的冲击波：详细描述了爆炸波的形成、传播规律以及对周围环境的影响。
3. 爆炸能量和压力：介绍了爆炸能量释放的方式、能量密度计算方法以及爆炸产生的高压区域。
4. 爆炸物体破碎与破片飞溅：阐述了爆炸对物体的破坏过程、破碎原理以及破片的运动轨迹和影响因素。
5. 爆炸速度和爆轰：讲解了爆炸反应的传播速度、爆轰现象的原理和定义，以及爆炸剂的爆轰特性。
6. 爆炸温度和火焰：描述了爆炸场景中的温度变化和火焰形成的机制。
7. 爆炸力学的工程应用：介绍了爆炸力学在矿山、火灾防护、
军事防御等领域的应用案例和工程设计原则。
爆炸力学讲义旨在深入了解爆炸现象的力学原理，为相关领域的工程师、科研人员提供理论指导和实践参考。
它对于安全防护、爆炸物品处理、爆破工程等领域的人员具有重要意义。
爆轰物理
37
1.2炸药爆炸的基本特征
过程的高速度
C：8924kJ/kg Benzene(苯)：9762kJ/kg TNT：4190kJ/kg
C、苯燃烧的时间为数分钟至几十分钟； TNT爆炸仅需十几到几十个us。
由于炸药爆炸的时间极短，爆炸反应所放出的能量几乎全 部聚集在炸药爆炸前所占据的体积内，因此能达到很高的能量 密度。 ❖ 炸药爆炸过程进行的速度，系指爆轰波在炸药中传播的直线速 度，这个速度称为炸药的爆速。炸药的爆速通常在每秒数千米 至一万米之间。
23
1.1基本概念
▪ 硝酸铵是化学肥料，被用于工程爆破炸药。 ▪ 因此，炸药与非爆炸物之间并没有十分明显的
界限。
❖ 【定义】：在适当外部激发能量作用下，可发 生爆炸变化（速度极快且放出大量热和大量气 体的化学反应），并对周围介质做功的化合物 或混合物。
➢ 炸药可以是固态、液态或气态，也可以是气 一液态或气一固态。军用和工业炸药多为固 态。
30
1.1基本概念
3.爆轰（Detonation） 1881年，人们在研究管道中的火焰传播时发现
了爆轰现象，爆轰过程是一种强冲击波沿爆炸物一 层层传播的过程，在此过程中伴随着大量化学反应 热的释放。这种带有化学反应的冲击波就称为爆轰 波。
爆轰以波的形式在炸药中传播。
31
1.1基本概念
【兵器名词大典】中爆轰的定义： ❖ 又称爆震。一种特殊的炸药爆炸现象，是一伴有大
24
1.1基本概念
❖ 炸药的分类
按应用分：起爆药、猛炸药（高能炸 药）、发射药（或火药）以及烟火剂四类。
▪ 起爆药：很敏感，容易发生爆炸。主要用于 激发猛炸药爆炸的引爆剂，也叫初级炸药 （ Primary Explosive ） 。 常 用 的 有 ： 雷 汞 [Hg(OCN)2]、叠氮化铅[Pb(N3)2]等。
第一章 炸药爆炸基本理论
19.06.2021
精选2021版课件
5
第二节 炸药化学反应基本形式
A
缓慢分解
反映炸药 的化学安 定性
B
燃烧与爆燃
对爆破材料的安 全生产,加工,运 输保管以及过期 变质炸药的销毁
都很有必要
C
爆炸与爆轰
炸药以每秒数百 米至数千米的高 速进行爆炸反应
爆轰 爆炸速度增长到稳定爆速（stationary detonation velocity）的最 大值 ，以每秒数千米的最大稳定速度进行的反应过程。
武汉理工大学
第一章 炸药爆炸基本理论
主要内容 ：
1.1 基本概念 1.2 炸药化学反应基本形式 1.3 炸药氧平衡与反应产物 1.4 炸药热化学参数
1.5 炸药感度 1.6 炸药起爆 1.7 炸药爆轰理论 1.8 炸药爆炸性能
19.06.2021
精选2021版课件
本章思考题
2
第一节 基本概念
炸药 （explosive） ：
或者
Qb miQbi
式中 m i
Q b i 分别为第 i 组分的质量分数和氧平衡值
19.06.2021
精选2021版课件
9
氧平衡的三种类型
Qb>0
正氧平衡
19.06.2021
Qb=0
零氧平衡
精选2021版课件
Qb<0
负氧平衡
10
混合炸药配方计算
▪ 含两种成分的混合炸药配比：
设x、y分别为炸药中氧化剂和可燃剂的配比，Qx、 Qy、Qb分别为这两种成分和混合后氧平衡值，则 有：
C
19.06.2021
D
爆破岩石内含硫
精选2021版课件
爆轰概念和应用
爆轰波阵面紧跟着一个以起爆点为原点的右行 中心稀疏波
r (u c), u 2c const.
t
1
t
活塞迹线
有驱动活塞的情形
后向飞散沿
中心稀疏波
强爆轰波的产生
爆轰波阵面
o
r
25
柱、球面对称CJ爆轰波的传播
● 自相似流动的相平面分析 ● 散心爆轰波……
拟简单波 ● 聚心爆轰波的分析
平面爆轰波后完全爆轰产物等熵流动（N＝0）的解析解
u 2 r DJ , c 1 r DJ
1 t 1
1 t 1
u, c c
起爆面后方自由情形，
飞散产物的逃逸速度为 o
DJ ( 1)
DJ ( 1)
起爆面后方存在活塞的情形，
流场分为稀疏波区和均匀区
u r
DJ
24
泰勒波的简单波表示
29
直径效应
（Eyring 和 Campbell 等的实验工作）
D 1 A
DJ
d df
D /km/s
A, d f 为拟合系数
30
钝感炸药(JB-9014)直径效应研究
实验装置
不同直径样品 实验光测端面波形
31
JB-9014炸药低温直径效应 实验光测波形
实验布局
d=9.96 mm
d=12.Leabharlann 6 mmudpc
u
2c
1
u
dp
c
u
2c
1
上式后面的形式是等熵指数为 γ 的完全气体的情形
15
简单波
根据特征关系，得到 γ＝3 时基本方程组的通解：
r t f ( )
r t g( )
任意函数 f 和 g 应根据问题的初始条件和边界条件确定；
爆轰的概念
爆轰的概念爆轰是指在燃烧过程中由于某种原因，燃料快速氧化反应产生的剧烈能量释放现象。
这种能量释放通常伴随着巨大的压力波、冲击波、火焰和气体的快速膨胀等特征。
爆轰是一种危险且破坏性极大的现象，经常出现在爆炸、火灾等事件中。
了解爆轰的概念，有助于我们对这类危险事件进行预防和处理。
爆轰的概念可以从不同的角度进行考虑。
从化学反应的角度看，爆轰是指燃料和氧化剂之间的快速氧化反应过程。
在爆轰过程中，燃料和氧化剂的反应速度远远超过了传统燃烧的速度，导致能量快速释放。
这种高速反应会形成火焰球、高温和高压等特征，从而产生爆炸力和冲击波。
从热力学的角度看，爆轰是燃料在氧化剂存在下的自持续燃烧过程。
在正常燃烧中，需要外部的能量输入来维持燃烧过程。
但在爆轰中，一旦燃料和氧化剂到达一定的浓度范围，燃烧反应会变得自持续，进一步释放更多的能量。
这种自持续反应会形成能量的正反馈过程，导致爆轰的产生。
从物理学的角度看，爆轰是指能量在某一区域内快速释放导致的大规模破坏效应。
在爆轰过程中，能量以冲击波的形式传播，从而对周围物体产生巨大的压力和力量。
这会引起崩塌、破裂、震动和火灾等一系列问题，对人、物和环境造成巨大的威胁。
爆轰的产生通常需要满足以下条件：适当的燃料浓度、可燃物质的形态和分布状态、适当的氧化剂浓度、足够的能量源（如火焰、电火花等）以及适当的温度和压力等。
当这些条件满足时，爆轰可能发生。
爆轰在人类社会中具有重要的意义。
一方面，爆轰现象的研究有助于我们理解火灾、爆炸等事故的发生机理和过程，从而提高防范和应对的能力。
另一方面，爆轰现象的研究也对能源开发、火箭动力等领域具有重要的意义。
通过深入了解爆轰的机理，可以更好地设计和控制能量释放过程，提高能源利用效率和安全性。
为防止爆轰事故的发生，我们可以采取一系列的措施。
首先是燃料和氧化剂的控制，合理调整其浓度和分布状态，避免过高的反应速度和能量释放。
其次是温度和压力的控制，避免达到爆轰反应所需要的条件。
凿岩爆破工程-爆轰波方程及参数,爆轰反应机理,稳定爆轰的影响因素
凿岩爆破工程
第二章 爆炸基本理论
• 2.7 爆轰波方程及参数，爆轰反应机理，稳定爆轰的影响因素 • （2）爆轰波的参数
• 爆轰波的基本方程中共有五个未知数：（p初始压强，ρ初始炸药密度，T温度，
D爆速，uH爆炸生成气体气流速度），三个方程，加上C-J条件，共四个方程。
• 实际应用的炸药，一般是凝聚态（固体或液体），有人提出这样一个状态方程
压力 p
1
2 3
0
0
1
2
时间 t
t1 第一反应时间 t2 第二反应时间 t0 炸药被压缩时间
混合炸药爆轰压力随时间变化
凿岩爆破工程
第二章 爆炸基本理论
• 2.7 爆轰波方程及参数，爆轰反应机理，稳定爆轰的影响因素 • （3）爆轰反应机理，稳定爆轰的影响因素
理想爆轰与稳定爆轰
●当d≤d临 时，D=0，这时不发生爆轰 ，或爆轰不稳定； ●当d临<d<d极，随着d↗，D↗，然而 只要直径d确定，那么爆速D也就确定 了，说明爆轰也是稳定的； ●当d>d极 时，爆速不随直径d的改变 而改变，即爆速大到了最大，达到了 理想状态。
爆速 D
临
极
药包直径 d
炸药爆速随直径变化
凿岩爆破工程
第二章 爆炸基本理论
• 2.7 爆轰波方程及参数，爆轰反应机理，稳定爆轰的影响因素
• （3）爆轰反应机理，稳定爆轰的影响因素
理想爆轰与稳定爆轰
理想爆轰：当爆速不随药爆直径而改变 ，达到最大值时，称为理想爆轰，反之 ，爆速小于最大爆速时的爆轰称为非理 想爆轰。 稳定爆轰：不论药包直径大小，只要炸 药被起爆后，爆轰波能易不变的速度传 播下去，这时称为稳定爆轰，炸药起爆 后，爆轰波不能以不变的速度传播，而 是中途停止（拒爆），称为不稳定爆轰 。 临界直径：能够稳定爆轰的最小直径； 极限直径：能够达到理想爆轰的最小直 径。
【精品】第一节爆破的基本概念77
第二章爆破施工第一节爆破的基本概念一.爆破施工简述：爆破是开挖石方最有效的手段，也常用于土石方的松动、抛掷，定向爆破可用来撤除旧的建筑物，在水利工程施工中，通常采用爆破来开挖基坑，开挖地下建筑物所需要的空间，如遂洞开挖，也可用定向爆破建筑大坝。
目前控制爆破方法的高技术，把爆破的应用领域进一步拓宽。
因此研究探索爆破的机理，掌握各种爆破技术，在水利工程施工中是十分必要的。
二.爆破基本机理：炸药爆炸是化学爆炸。
在某中起爆能的作用下，炸药瞬时内（约万分之一秒内）发生化学分解，产生高温（几千度）、高压（数万几十万个大气压）的气体，对相邻的介质产生极大的冲击压力，以波的形式向四周传播。
若传播介质为空气，称为空气波；若传播介质为岩土，则称地震波，也叫固体冲击波。
三.无限均匀介质中的爆破作用：工程中的介质总是有限的和不均匀的。
为了研究方便，假设爆破作用的介质是无限的和均匀的。
在这种理想介质中的爆破作用是：冲击波以药包中心为球心，呈同心球向四周传播。
距球心越近，作用介质的压力越大，距球心越远，由于介质的阻尼，使作用于介质的压力波逐渐衰减，直至全部消失。
假如沿球心切割一平面，可将爆破作用的影响范围划分为如下几个部分（如图2—1）：（一）压缩圈（粉碎圈）：最靠近药包的介质，受到膨胀压力最大，介质若为塑性体，会被压缩成一个球形空腔；介质若为脆性体，会被压缩的粉碎。
因此爆破影响的这个范围称为压缩圈或粉碎圈。
（二）抛掷圈：压缩圈外具有抛掷势能的介质。
这部分介质当具有逸出的临空面，常发生抛掷。
这个范围称为抛掷圈。
（三）松动圈：抛掷圈外围的一部分介质，爆破的作用只能使其产生破裂松动。
因此这一范围称为松动圈。
（四）震动圈：松动圈以外的介质，随着冲击波的进一步衰减，只能使这部分介质产生震动，故称为震动圈。
（五）爆破影响半径：有药包向外，相应各圈的半径分别叫压缩半径、抛掷半径、松动半径、震动半径。
各圈半径的大小与炸药的特性、药包结构、爆破方式、介质的特性等密切相关。
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34
爆轰冲击波动力学
（Detonation Shock Dynamics, DSD ）
J.Bdzil 导出的DSD方程
B Dn ,
t
s
s
B
S
0 s Dnds
这是Burgers型的一维输运方程， φ 是波阵面形状函数，系数 B 为
沿波阵面的横波速度, 是输运项。 Be (t—) —因边点处阵面法向与边 界不一致引起的弧长变化率, 反映了横波影响。S :沿阵面的弧长。
DSD 方法的关键问题之一 ——波阵面的边界条件
由声速条件导出边点处波阵面方向与边界的夹角 应满足
c2
q2
Dne
1
1
D* Dne
2
1 1
1
D* Dne
2
tan2
35
爆轰冲击波动力学 （续）
（Detonation Shock Dynamics, DSD ）
Bdzil 理论的图示
5
爆轰研究内容
爆轰的引发
（炸药起爆 机理、爆轰 的建立）
爆轰模型, 爆轰波传播 及相互作用
爆轰的效应 （炸药爆轰 性能、爆轰 产物作功）
爆轰产物 雷管
炸药
弹壳
6
爆轰物理研究内容的细节
7
冲击动力学研究内容
8
爆轰模型
CJ模型 (Chapman-Jouget)
ZND模型 (Zel’dovichNeumann-Döling)
29
直径效应
（Eyring 和 Campbell 等的实验工作）
D 1 A
DJ
d df
D /km/s
A, d f 为拟合系数
30
钝感炸药(JB-9014)直径效应研究
实验装置
不同直径样品 实验光测端面波形
31
JB-9014炸药低温直径效应 实验光测波形
实验布局
d=9.96 mm
d=12.46 mm
C :
dr u c dt
沿着特征方向，基本方程组即特征关系的形式是
C :
1 dp du R p Nuc
c dt dt c e,v r
14
Riemann不变量
在平面（N＝0）、无反应（＝const.)流动中，
特征关系右部为零，得到分别在两个特征曲线上守常的 两个不变量α、β，称为Riemann不变量：
4
爆炸和爆轰
爆炸（Explosion)
在极短时间内，物质或系统的能量从一种形式向另一种或几种 形式剧烈转化，并伴有强烈机械效应的过程。含能材料爆炸是 化学能向机械能、热能等的剧烈转化，爆炸时生成大量高温高 压气体产物，急剧膨胀并对周围介质作功。
爆轰 (Detonation)
进程最快速、效应最强烈的一种炸药释能形式，其反应区推进 速度大于未反应物质中的声速。
36
广义几何光学模型
（Generalized Geometric Optics, GGO）
Huygens原理的修正：非均匀各向同性介质，小波包传 播的当地速度 Dn (x, y, z) 是按曲率效应关系，由波阵面 的当地曲率 κ 确定的。因此，可用几何方法计算各时刻 的波阵面形状，得到比较简单的计算编码。
r (u c)t f ( ), const.
或者
r (u c)t g( ), const.
γ ＝ 3 的通解对应于互不影响的两族直特征线，简单波对 应于一族直特征线。
16
特征线和简单波的理论应用
一维不定常流动的特征线数值方法 特征关系式的数值计算 二维定常可压缩流动的简单波理论 一维简单波理论在爆轰解析研究中的应用
爆轰波阵面紧跟着一个以起爆点为原点的右行 中心稀疏波
r (u c), u 2c const.
t
1
t
活塞迹线
有驱动活塞的情形
后向飞散沿
中心稀疏波
强爆轰波的产生
爆轰波阵面
o
r
25
柱、球面对称CJ爆轰波的传播
● 自相似流动的相平面分析 ● 散心爆轰波……
拟简单波 ● 聚心爆轰波的分析
2 2 1) (3 )
4
d d
N ( 1)
2 2
2DJ (3 ) ( 1)
4
N = 0、1、2 分别对应于平面、柱和球对称流动情况；
自相似坐标（自变量）：
r DJ t
符合自相似流动的条件——确定定解问题的量纲独立的 物理常数不超过两个，例如散心爆轰波、点爆炸波等
23
泰勒波（Taylor wave)
10
兰金-雨贡纽关系 (Rankine-Hugoniot)
上、下游两个控制面之间应满足的力学守恒关系 （质量、动量和能量守恒）
0 (D u0 ) 1(D u1)
p0 0 (D u0 )2 p1 1(D u1)2
E0 p0
0
1 2
(D
u0 )2
E1
p1
1
1 2
(
D
u1
)
下面将记比容v为密度 的倒数 v 1
e1
e0
p1v1
1
p0 v 0
1
1 2
( p1
p0 )(v0
v1 )
Q
12
一维不定常流体动力学基础
（等熵流动基本方程组）
Euler坐标系，几何指数 N = 0,1,2 分别表示平面、柱面和球面情形
d u Nu
d t r
r
du v p 0 d t r
de p dv 0 d t dt
爆炸与冲击动力学高级研修班
爆轰
——概念和应用
DETONATION
CONCEPTS & APPLICATIONS
孙承纬
中国工程物理研究院流体物理研究所 上海激光等离子体研究所 2015.07.13-17
讲座提纲
( THE OUTLINE OF LECTURE )
爆轰的基本概念和理论基础 爆轰传播和相互作用 爆轰驱动及其应用 爆轰的数值模拟，产物物态方程，炸药反应速率 炸药的起爆和安全研究 爆轰学科研究和应用技术的发展
平面爆轰波后完全爆轰产物等熵流动（N＝0）的解析解
u 2 r DJ , c 1 r DJ
1 t 1
1 t 1
u, c c
起爆面后方自由情形，
飞散产物的逃逸速度为 o
DJ ( 1)
DJ ( 1)
起爆面后方存在活塞的情形，
流场分为稀疏波区和均匀区
u r
DJ
24
泰勒波的简单波表示
INTERACTIONS
爆轰传播和相互作用研究
研究炸药或爆炸物系统中爆轰波建立之后， 爆轰波阵面及反应区的运动规律； 反应区后方爆轰产物的流场分布； 爆轰波及反应区的结构和稳定性； 爆轰波之间、爆轰波与惰性介质之间的
相互作用；
21
爆轰传播和相互作用（提纲）
一维CJ爆轰波的传播，Taylor波 柱、球面对称CJ爆轰波的传播 二维CJ爆轰波的传播——几何光学类比，
炸药平面波发生器的设计 曲面爆轰波的传播，直径效应和曲率效应 爆轰冲击波动力学(DSD)，广义几何光学模型 DSD用于二维爆轰传播、起爆和传爆问题的算例 爆轰传播研究的等位面(LS)方法
22
一维CJ爆轰波的传播
用Riemann不变量、 表示的一维自相似流动方程组：
d d
N ( 1)
2DJ (
u
dp
c
u
2c
1
u
dp
c
u
2c
1
上式后面的形式是等熵指数为 γ 的完全气体的情形
15
简单波
根据特征关系，得到 γ＝3 时基本方程组的通解：
r t f ( )
r t g( )
任意函数 f 和 g 应根据问题的初始条件和边界条件确定；
一般 γ 的情形，基本方程组有两种特解，分别对应于 Riemann不变量α 或β 等于常数的情形，称之为 右行或左 行的简单波：
B.W.Asay: Non-Shock Initiation of Explosives， Springer-Verlag , 2008
3
爆轰的基本概念和理论基础（提纲）
爆轰模型，CJ 和 ZND 模型 Rankine-Hugoniot 关系，Rayleigh 线和
Hugoniot线 一维不定常流体动力学基础，等熵流动方程组 炸药和爆轰产物的物性 特征线，Riemann 不变量，简单波 中心稀疏波
2
参考书目
李维新：一维不定常流与冲击波， 国防工业出版社， 2003 孙承纬，卫玉章，周之奎：应用爆轰物理，国防工业出版社，2000
(俄)Л.П.奥尔连科等著，孙承纬译： 爆炸物理学（上，下） 科学出版社，2011
J. BOILEAU： APPROCHES MICROSCOPIQUE ET MACROSCOPIQUE DES DETONATIONS. J. Phys. Colloques 48 (1987) C4-99-C4-104
t
1
o
r
18
压力气体的自由出流
稀疏波头到达固壁之前， 左行稀疏波流动
r l u c, const.
t
稀疏波从固壁反射后， 两波相互作用流场， γ＝3 情形有简单形式的解 （镜像反射法）
t
-l
o
r l
p, c
压力气体
19
爆轰传播和相互作用
DETONATION PROPAGATION ＆
爆轰波阵面的发展方程
a2 DJ 2 D(2)
t
2
两步反应模型确定爆轰波阵面的边界角。
37
二维爆轰波阵面形状变化的计算
（“洋葱皮”实验）