第二章热起爆(2)

第二章热起爆2.热起爆的基本方程及判据炸药中热平衡问题炸药本身放热、向环境散热、本身升温需热其中：——c——J/℃gtTcQKr3/cmgcmSJ℃导热系数/▽2T——拉普拉斯算子Kr——反应速率，1/sQ——炸药反应热，J/g3/cmg（1）爆炸条件tTc0只有tT0才升温，才可能导致爆炸炸降温，则不可能发生爆0tT)()(2222222222RTrmrTqzTyTxTq表示成极坐标形式（2）m=0平板,m=1圆柱,m=2球.RTEnezQq/1)1((3)n——反应级数；反应百分数Z——频率因子；（1/s）E——活化能（J/mol）R——气体常数（J/mol）T——℃要解决两个问题：（1）如何解该方程？（2）判据？解方程途径一N.Semnoff模型0rT假设（1）炸药均温，即（2）周围环境温度不变（3）发生爆炸时，炸药温度与环境温度相近（4）炸药按零级反应进行（5）炸药与环境热传导符合牛顿冷却定律q2=X(T-T0)1.图解法RTEQZeq/1)()(022TTrTrmrTq2.解析法（求出临界状态参数，在判断爆或不爆）解得两式得（两式相比）：1线：放热散热，不爆2线：临界（炸药温度近似为环境温度)3线：放热散热，爆炸RTEQZeTT/0)(上式微分得（去掉环境温度）：RTEeRTZQE/21))((200RTETT0))((200RTETT（将第一式在临界条件下炸药温度T按谢苗诺夫三条假设用环境温度T代，因而近似等于1）令：（无量纲对比温度）E——J/molR——J/mol·℃T——℃=1临界1爆〈1不爆炸值可用与预测临界温升（T-T020RTE）谢苗诺夫数：RTEQZe/)(0TTRTEQZe/——单位体积放热)(0TT——通过单位面积的热量由上式看出加cm2两边量纲才相等。∴写成：)(0/TTXSQZeVRTEX——传热系数（J/℃·S）V——2cm3cmERT/0无量纲环境温度（与前述百分数不同）)1()-E/RT()1(1)-E/RT()(-E/RT(-E/RT)0000000TTRTETTTT其中0RTE+1-(TT0）=0RTETTT011＝﹙﹚＝e﹣1故-E/RT=-E/RT01RTE/0/RTE1/e=e代入上式中整理得/(xSRT2)=VQZe1/e令ψ=ρVQZe0/RTE20RTE(xs)10/TEψ为谢苗诺夫数（音破塞）则ψ=1/其中0=RT/E活化能E0RT（对炸药），0,0ee11故ψ=也可以作为判椐判断=1，ψ=0.36788为判椐爆炸，对应ψ36788.0爆炸1不爆,对应ψ36788.0不爆炸3）热传导遵循傅立叶定律（同谢氏假设相同）二、DAFrank——Kamentzkill理论假设：0XT0rT1）或，其它假设与谢苗诺夫假设相同2）R20/E120T（即0）引入无量纲参数：20RTETRTE20无量纲温度（T-）20T=tCERQZtCERQZ无量纲时间arax或raxa11或RTE/0/RTE无量纲距离e=ee将上各参数代入热爆炸基本方程中，化简为：emca)(22222其中，0/202RTEeRTZEQa称Kamentkill爆炸临界判据。eddmddQ)((022随时间变化）不爆炸。某条件下，炸药温度不图2（炸药中心处）讨论边界条件：0,0dd有极大值）(max最远边界）(10)(0TT022edd1）平板m=02log1mmmmmeeeeeee解得：2log1mmmmmeeeeeee），爆炸（前提假设临界，当088.088.0edddd12238.12.00m，解得：2）圆柱m=161.132.3m，3）球形m=2,解得：TTTTRTE下炸药温度）式可算出不同（以0020三P.H.Thomas普适性更大些解的结果与卡门涅基本类似解法：积分常数用边界条件代求解谢苗诺夫卡门涅斯基托马斯热阻力全在界面上热阻力主要在炸药内部，边界炸药温度与环境温度同炸药边界与环境温度有温差炸药内部温度也有梯度0掌握：T、Z、Q、、a给出后，如何判断热爆炸是否能发生。则简化为（假定爆药量没有第三节爆炸延滞期的计算（也叫感应期，诱导期）在一定条件下经过多少时间发生爆炸（主要决定与环境温度）1．绝热条件（炸药与外界无热交换）热爆炸基本方程消耗）将上式无量纲化：)(020TTRTEdTRTEd200/20RTEeCRTQZEdtd得：020eeQZECRTte积分得e0临界温度T与环境温度T近似，上式取对数：QZECRTRTEte200lnln与实验经验公式ATBtcln基本相等2·非绝热条件下延滞期近似解（热交换要考虑）引入无量纲参数简化方程求解：无量纲温度：RETTER)(无量纲距离：zEQrRxEQrRZ2/12/1)()(无量纲时间：RQCEttCERQ)(（注：上面无量纲参数与前判据讲的无量纲参数形式不同）代入基本热爆炸方程中，得：/122eZzmZ0Z0ZZ00ZZZ=0，当m=0（平板）化简为：（对dz积分）00022/10zzzzdzzdze00/1dze炸药无限远边界炸药中心）（对称加热认为炸药无反应，假设：年），（是时间和距离的函数zttEnigWJzie,0..1967）表面温度可用环境温度—（——爆发点—其中：法：年火炸药杂志提出新解—环境温度）—0022)(1981(0TTTTcaTETEFcatzSCSCc令Y=)(SCTETEF（具体Y如何求解未给出，属经验型公式。）越短，面温度与爆发点越接近药表（延滞期）越短，即炸越小，则越大，ccSCttYTT)11(表面温度变化时（升高）延滞期缩短。掌握绝热条件推导，非绝热条件下了解热起爆特征即可。第四节热起爆的影响因素（指外界条件方面）一、炸药装药的临界尺寸0/220RTEceaRTZEQ32.3)1(00.2)0(88.0mmc61.138.122.1mQ炸。也因散热问题易发生爆化肥，但量大时例如：硝酸铵量少时为小时也可爆大，散热慢，反之，才能发生爆炸只有环境温度较高时，小散热快，；不变，保证00TaaaTc二周围介质气体压力和壳的密封性有相变的炸药不易起爆，原因：耗热量）外还应加上相变热（消）热散失除了热传导T212）气体生成物使AB+C向逆方向进行，也使其热爆炸反应变慢，即使爆发点升高（多数炸药），但也有例外三硝基间苯酚酸铅，低压气体易扩散，热量损失增加，高压不易扩散，热损失（热传导不易发生）小，使爆发点降低。三、环境温度的影响环境温度越高，炸药层反应外移，延滞期缩短。四、杂质1起化学作用的杂质：晶格变化易激发，爆发点降低，爆速增高；2不起化学作用的杂质：吸热，热感度降低（有相变更显著）例：摔炮制造，引入氨，制后氨挥发，感度提高，使用效果好。（炸药本身性质影响可从各参数公式分析中讨论）。另外，组成炸药成分状态等都对热起爆有影响qczE....热爆炸基本方程1）傅立叶热传导散失，未考虑热辐射及对流2）爆炸放热谢苗诺夫卡门托马斯三个假设模型求界面炸药内部两者合一（温度降发生地点）小结：情况，经验公式性质，；非绝热绝热002mT延滞期：热爆炸影响因素只讨论外界影响，炸药本身影响未讨论。复习思考题1.研究热爆炸机理的目的？2.如何建立热爆炸基本方程？（公式中各符号的物理意义请表述清楚）3.比较热爆炸基本方程的三个假设，近似解法和结果各有什么差别？在实际应用中有哪些相似的例子？4.如何从热爆炸的判据分析影响起爆的各种因素？5.影响热起爆的因素有哪些？vOEfmuAeM$tg03t8!nkVo+hWQ13nxe2oN$mWN2z3sGaeXlG3D(*pJgfdo2A1EL6UL&114NRk(+nWi%Ml)bq6G9ZV)IxL%poMg)5%fPp*GpN6)aaCRDdd#uZ6rZX-sR2k8pDD*Vd22C!RaOdFT$6qUuFdYj*4Y!vxzRe7rDzL31su#gCk9Q0ChwhjTMg57DeAltfAiiBxNnCTPJvVl*!NS%M*qa9C1Nr$lA0huvG0F80xq+qhNayUuYB87t9$jS-DKdgW8+g&8*v3PEGH9eD)Dp!r+e90IqKwHREuCnIp9-WwFhm%6nC$3$jm6K18wzRnZOW)mGW52ao9m*%k82Xim1xXKVYw9Cnmr4ngOe3CBvmSXtD%$ENgkZf!YG5QMz&0v*8b7(pir(PlcLs9DvtG0JVk$2qgsEZ1Rxa5Gn5se*i69!Yj#*ul3crgUMJz5fDosppzVHM&x7kNt6HFKO6iqkz6VrxTao)5lRo6u(Dvw8(vFqKKU8Ku%+WWGeNd8vSTZLMeTC+3tzqP&msLPb4quZg2Wt%3NBg)(wTyE+X2#ZvbC!vI7wDAp&qlUbtpa!JPi9UO4v-ZR4d1r!Pbx0%Fpc(HS3d)&66woE&bI!BD1hBA%J+BEm9hfuVLM3JCYxYSSFEppl*#!$*85N-h$cy#fRCb*wf2W5I50AJQW8cfGcjzguOYGJ6w5M9oavmy(BemMCGCiv8eld!a47*T2cl-zW-iKFjw+zWZ1SN2XjiLcbxW3JwJK72$)sh4f-2bNu&VLreg$!Hs!$Y4g+j7m)jaAxCh%5KJzOitIqi42emCr%HuvXYOIuUx(+4h&#L2uXSSjkgbOmhW5E#!$feH0u$e7EF4xKw3(7Q9SP67YvllKKWg)(NOnNqdiLLwgjbSGFzsW(p3fS!WG7D7YPdf#sD%a-F2n-Fm-RXmP%3AXig%K6c2Qee%YAAO3HANWYDtPfR&)LurG&Tv1vcjxY6-qB%i2kRN8vQoAx54Kdw+mWdopMUi(%gib*tWYFE7EKYhY91kt&eSyjpAPsn(L7hfl5CJAJn%*(URMowd#R9Or3ZaoK&r2-oNAups-#)8lxAWnDV1H4Jw#cHTf851YQLnAzNF82D1B7EFnn0NgE%mEllWcFxPfWIGFIIzj-4TU0VV&VDpdFIxfo3pkKj4EOL66blyQGAP&6nv9lG$fyfQPlK#4Lq9+RT2zALV5&y#(Q88Ck&RkvOVSr-82)cEil6b9%R)Pn!5VlH-3nm8!P6Wgfz)e%Gt$0SJU+sy!Vc#NPJTi%iKj2z6YT6WUfdXMH7D1uptLi3UB2+fT3BZu9Ow%-RALp&mvlgg4-XcP2GezXd)EPeJ4Tvb1dw$d9lpOrefvcuBcVjzd6TZ)*v9mGNDqZ3w63r#1VLL0RZ3#t)$ru7#ermC+KXc-&tc%EkTLa!gUGxk5ZPn