第4章 气体爆轰理论
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（1）点火能 一般来说，点火能量越大，传给周围可
燃混合物的能量越多，引起临层爆炸的能力 越强，火焰越易自行传播，从而爆炸浓度范 围变宽。即[a,b]中的a变小，b变大。但当点 火能达到一定程度时，爆炸浓度范围变化就 不明显了。
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4.2.1 气体爆炸浓度极限 ➢ 表4-2为甲烷和空气混合物在不同能量的点火
第4章 气体爆轰理论
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本章主要内容
➢ 4.1气体爆轰现象 ➢ 4.2爆炸浓度极限及其确定方法 ➢ 4.3气体爆轰参数的计算 ➢ 4.4 螺旋爆轰现象及胞格结构 ➢ 4.5影响气体爆轰传播的因素 ➢ 4.6云雾爆轰现象
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4.1 气体爆轰现象
3
4.1气体爆轰现象 ➢ 凡是在常温常压下以气态存在，经撞击、摩
18
4.2.1 气体爆炸浓度极限
表4-3 压力Leabharlann Baidu甲烷空气混合气体爆炸极限的影响。
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4.2.1 气体爆炸浓度极限 ➢ 在减压的情况下，随着压力的降低，爆炸范
围不断缩小。当压力降到某一数值时，则会 出现上限浓度和下限浓度重合。如果压力再 继续下降，则混合气便不会爆炸了，这一压 力称为爆炸极限的临界压力。
条件下爆炸浓度极限的实验结果。当点火能达 到一定程度时，对爆炸浓度极限的影响就不明 显了。
表4-2 点火能对甲烷空气混合气体爆炸浓度极限的影响
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
（2）初始温度 初始温度升高，会使化学反应的速度加
快。在相同的点火能下，可燃气体混合物的 初始温度越高，燃烧反应越快，于是单位时 间放热越多，火焰越易传播，因而爆炸极限 范围变宽，如图4－2所示。
擦、热源或火花等点火源的作用能发生燃烧 爆炸的气态物质，统称为可燃性气体。
➢ 可燃性气体可分为无机气体和有机气体。
4
4.1气体爆轰现象
通常，可燃性气体按使用形态可分为5类： ➢ 可燃气体：氢气、煤气、四个碳以下的有机气
体（如甲烷、乙烯、丙烷等）均属此类。它们 在常温常压下以气态存在，和空气形成的混合 物容易发生燃烧或爆炸。 ➢ 可燃液化气：如液化石油气、液氨、液化丙烷 等。这类气体在加压降温的条件下即可变为液 体，压缩储存在贮灌中。液化石油气的主要成 分是丙烷、丙稀、丁烷和丁烯等。常温常压下 为气体，0.8～1.5MPa压力即可液化为液体。
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4.1气体爆轰现象
➢ 可燃液体的蒸气：如甲醇、乙醚、酒精、笨、 汽油等的蒸气，这些蒸气在燃烧液体表面上有 较高的浓度，当它和空气混合物的浓度达到一 定程度时，容易发生燃烧或爆炸。
➢ 助燃气体：如氧、氯、氟、氧化亚氮、氧化氮、 二氧化氮等。它们在化学反应中能作为氧化剂， 把它们和能作为还原剂的可燃性气体混合，会 形成爆炸性混合物。
（1）按完全燃烧1摩尔可燃性气体所需的氧摩 尔数no估算
Lmin4.7621n00011%
Lmax9.542n00 04% 式中 Lmin ——可燃混合气体的爆炸下限
Lmax ——可燃混合气体的爆炸上限
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4.2.2爆炸浓度极限的计算
【例】 C3H8+5O2——3CO2+4H2O
Lmin4.7621n00011%
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
图4－2 温度对爆炸极限的影响（甲烷）
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
（3）压力 混合气体压力提高，爆炸浓度范围扩大。
处于高压下的气体，其分子比较密集，单位 体积中所含混合气分子较多，分子间传热和 发生化学反应比较容易，反应速度加快，而 散热损失显著减少，因此爆炸浓度范围扩大。 压力对爆炸浓度上限的影响较大。表4-3压力 对甲烷空气混合气体爆炸极限的影响。
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4.1气体爆轰现象
➢ 分解爆炸性气体：如乙烯、乙炔、环氧乙烷、 炳二烯等。它们不需要与助燃气体混合，本 身就会发生爆炸。
➢ 可燃气体是与外界的空气或氧发生燃烧或爆 炸而释放能量的。这一点与炸药不同。
➢ 军事上利用这些可燃气体本身不携带氧，靠 周围环境中的氧释放能量这一优点，研究开 发具有大面积杀伤破坏效应的燃料空气炸弹。
4.761100 10 1%2.2% 8（实测值为2.1%）
Lmax9.542n00 04%
400
（实测值为9.5%）
%7.75 %
9.5254
25
4.2.2爆炸浓度极限的计算
（2）按化学计量浓度估算 可燃混合物中的可燃物与氧或空气中的
氧燃烧时到达完全氧化反应的浓度称为化学 计量浓度。
设可燃气体的分子式为：
CaHbOc+n0O2——aCO2+b/2H2O
则
n0=a+b/4-c/2
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4.2.1 气体爆炸浓度极限 （4）惰性气体
在可燃混合气中添加惰性气体，可使混合 气体爆炸范围缩小。当惰性气体大于一定浓 度时，混合气体便不能发生燃烧、爆炸。如 表4-4所示
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
表4-4 CO2对汽油蒸气爆炸浓度极限的影响
22
4.2.2 爆炸浓度极限的计算
23
4.2.2爆炸浓度极限的计算
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。
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4.2.1 气体爆炸浓度极限 在混合气体的爆炸浓度范围内，存在一 个最佳浓度。这时，爆速最大、压力和反应 放出热也最大。从安全角度看，最佳浓度时 的威力最大、破坏效应也最严重，如图4－ 1所示。
图4－1 浓度和爆速的关系（C2H2＋O2）
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
➢ 爆炸浓度极限不是一个固定的物理常数，它 与点火能、初始温度、压力等因素有关。
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
表4-1混合气体的爆炸浓度范围
注意:表中的爆炸浓度极限(explosive limit)和爆轰浓度 极限的区别。工程上，爆炸浓度极限通常包括爆燃部分。
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
➢ 当可燃物含量很稀或很浓时，化学反应进行 很慢，单位时间内放出的总化学反应能量较 小，就不能支持前沿冲击波去激发下层混合 气体的化学反应。即使没有任何能量耗散， 也不能使爆轰波稳定传播。
燃混合物的能量越多，引起临层爆炸的能力 越强，火焰越易自行传播，从而爆炸浓度范 围变宽。即[a,b]中的a变小，b变大。但当点 火能达到一定程度时，爆炸浓度范围变化就 不明显了。
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4.2.1 气体爆炸浓度极限 ➢ 表4-2为甲烷和空气混合物在不同能量的点火
第4章 气体爆轰理论
1
本章主要内容
➢ 4.1气体爆轰现象 ➢ 4.2爆炸浓度极限及其确定方法 ➢ 4.3气体爆轰参数的计算 ➢ 4.4 螺旋爆轰现象及胞格结构 ➢ 4.5影响气体爆轰传播的因素 ➢ 4.6云雾爆轰现象
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4.1 气体爆轰现象
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4.1气体爆轰现象 ➢ 凡是在常温常压下以气态存在，经撞击、摩
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
表4-3 压力Leabharlann Baidu甲烷空气混合气体爆炸极限的影响。
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4.2.1 气体爆炸浓度极限 ➢ 在减压的情况下，随着压力的降低，爆炸范
围不断缩小。当压力降到某一数值时，则会 出现上限浓度和下限浓度重合。如果压力再 继续下降，则混合气便不会爆炸了，这一压 力称为爆炸极限的临界压力。
条件下爆炸浓度极限的实验结果。当点火能达 到一定程度时，对爆炸浓度极限的影响就不明 显了。
表4-2 点火能对甲烷空气混合气体爆炸浓度极限的影响
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
（2）初始温度 初始温度升高，会使化学反应的速度加
快。在相同的点火能下，可燃气体混合物的 初始温度越高，燃烧反应越快，于是单位时 间放热越多，火焰越易传播，因而爆炸极限 范围变宽，如图4－2所示。
擦、热源或火花等点火源的作用能发生燃烧 爆炸的气态物质，统称为可燃性气体。
➢ 可燃性气体可分为无机气体和有机气体。
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4.1气体爆轰现象
通常，可燃性气体按使用形态可分为5类： ➢ 可燃气体：氢气、煤气、四个碳以下的有机气
体（如甲烷、乙烯、丙烷等）均属此类。它们 在常温常压下以气态存在，和空气形成的混合 物容易发生燃烧或爆炸。 ➢ 可燃液化气：如液化石油气、液氨、液化丙烷 等。这类气体在加压降温的条件下即可变为液 体，压缩储存在贮灌中。液化石油气的主要成 分是丙烷、丙稀、丁烷和丁烯等。常温常压下 为气体，0.8～1.5MPa压力即可液化为液体。
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4.1气体爆轰现象
➢ 可燃液体的蒸气：如甲醇、乙醚、酒精、笨、 汽油等的蒸气，这些蒸气在燃烧液体表面上有 较高的浓度，当它和空气混合物的浓度达到一 定程度时，容易发生燃烧或爆炸。
➢ 助燃气体：如氧、氯、氟、氧化亚氮、氧化氮、 二氧化氮等。它们在化学反应中能作为氧化剂， 把它们和能作为还原剂的可燃性气体混合，会 形成爆炸性混合物。
（1）按完全燃烧1摩尔可燃性气体所需的氧摩 尔数no估算
Lmin4.7621n00011%
Lmax9.542n00 04% 式中 Lmin ——可燃混合气体的爆炸下限
Lmax ——可燃混合气体的爆炸上限
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4.2.2爆炸浓度极限的计算
【例】 C3H8+5O2——3CO2+4H2O
Lmin4.7621n00011%
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
图4－2 温度对爆炸极限的影响（甲烷）
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
（3）压力 混合气体压力提高，爆炸浓度范围扩大。
处于高压下的气体，其分子比较密集，单位 体积中所含混合气分子较多，分子间传热和 发生化学反应比较容易，反应速度加快，而 散热损失显著减少，因此爆炸浓度范围扩大。 压力对爆炸浓度上限的影响较大。表4-3压力 对甲烷空气混合气体爆炸极限的影响。
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4.1气体爆轰现象
➢ 分解爆炸性气体：如乙烯、乙炔、环氧乙烷、 炳二烯等。它们不需要与助燃气体混合，本 身就会发生爆炸。
➢ 可燃气体是与外界的空气或氧发生燃烧或爆 炸而释放能量的。这一点与炸药不同。
➢ 军事上利用这些可燃气体本身不携带氧，靠 周围环境中的氧释放能量这一优点，研究开 发具有大面积杀伤破坏效应的燃料空气炸弹。
4.761100 10 1%2.2% 8（实测值为2.1%）
Lmax9.542n00 04%
400
（实测值为9.5%）
%7.75 %
9.5254
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4.2.2爆炸浓度极限的计算
（2）按化学计量浓度估算 可燃混合物中的可燃物与氧或空气中的
氧燃烧时到达完全氧化反应的浓度称为化学 计量浓度。
设可燃气体的分子式为：
CaHbOc+n0O2——aCO2+b/2H2O
则
n0=a+b/4-c/2
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4.2.1 气体爆炸浓度极限 （4）惰性气体
在可燃混合气中添加惰性气体，可使混合 气体爆炸范围缩小。当惰性气体大于一定浓 度时，混合气体便不能发生燃烧、爆炸。如 表4-4所示
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
表4-4 CO2对汽油蒸气爆炸浓度极限的影响
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4.2.2 爆炸浓度极限的计算
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4.2.2爆炸浓度极限的计算
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4.2 爆炸浓度极限及其确定方法
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
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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。
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4.2.1 气体爆炸浓度极限 在混合气体的爆炸浓度范围内，存在一 个最佳浓度。这时，爆速最大、压力和反应 放出热也最大。从安全角度看，最佳浓度时 的威力最大、破坏效应也最严重，如图4－ 1所示。
图4－1 浓度和爆速的关系（C2H2＋O2）
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
➢ 爆炸浓度极限不是一个固定的物理常数，它 与点火能、初始温度、压力等因素有关。
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
表4-1混合气体的爆炸浓度范围
注意:表中的爆炸浓度极限(explosive limit)和爆轰浓度 极限的区别。工程上，爆炸浓度极限通常包括爆燃部分。
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4.2.1 气体爆炸浓度极限
➢ 当可燃物含量很稀或很浓时，化学反应进行 很慢，单位时间内放出的总化学反应能量较 小，就不能支持前沿冲击波去激发下层混合 气体的化学反应。即使没有任何能量耗散， 也不能使爆轰波稳定传播。