第二章炸药的爆炸性能及其参数

主要内容第二章炸药爆炸基本理论2.1炸药及基本概念2.2炸药化学反应及热化学参数2.3炸药感度、起爆2.4炸药爆炸原理2.5炸药爆轰理论炸药爆炸性能：2.1炸药及爆炸的基本概念物理爆炸（不发生化学变化）核爆炸（核裂变或核聚变）化学爆炸（有新的物质生成）（explosive）：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（explosiveeffect）的化合物或混合物。爆炸的分类：炸药化学爆炸三要素1反应的放热性炸药爆炸必须的能源3反应中生成大量气体产物炸药爆炸对外做功的媒介2反应过程的高速度爆炸反应区别一般化学反应的重要标志铝热剂反应2Al+Fe2O3→Al2O3+2Fe+828kJ尽管反应非常迅速，且放出很多的热量，反应放出的热量足以把反应产物加热到3000K，但终究由于没有气体产物生成，没有把热能转变为机械能的媒介，无法对外做功，所以不具有爆炸性。★★2.1.3炸药化学反应基本形式爆炸速度增长到稳定爆速（stationarydetonationvelocity）的最大值，以每秒数千米的最大稳定速度进行的反应过程。反映炸药的化学安定性A缓慢分解炸药以每秒数百米至数千米的高速进行爆炸反应C爆炸与爆轰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B燃烧与爆燃爆轰2.2.1炸药氧平衡与反应产物炸药内含氧量与可燃元素充分氧化所需氧量之间的关系为氧平衡。养系数---指炸药中含氧量与可燃元素充分氧化所需氧量之比。氧平衡用每克炸药中剩余或不足氧量的克数或质量分数来表示。炸药的氧平衡（Oxygenbalance）氧平衡的关系：1.正氧平衡（含氧量多余时）2.负氧平衡（含氧量不足）3.零氧平衡（含氧量相等）氧平衡的计算令炸药的通式：CaHbNcOd则氧平衡的计算式（单质炸药）：1(2/2)16100%KdabMKM式中炸药的氧平衡值；炸药的摩尔质量（g/mol）；氧的摩尔质量（g/mol）16混合炸药氧平衡的计算计算公式：1(2/2)16100%1000Kdab或者iiKkxikix式中、分别为第i组分的氧平衡值和质量的百分数氧平衡的三种类型正氧平衡零氧平衡负氧平衡K0K=0K0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，a、b、c分别为这两种成分和混合后氧平衡值，则有：100%xyxaybc例：用硝酸铵、TNT和木粉配制零氧平衡的岩石炸药，试求出其取值范围并选定一组配方。解：设1单位质量炸药中含硝酸铵为x，TNT为y，木粉为z。已知各组中的氧平衡（查表）：硝酸铵20%，TNT-74%，木粉-138%，按零氧平衡配制时应有：三种成分的取值范围为:硝酸铵,TNT木粉可取TNT含量y=10%，代入上方程组解得：100%0.20.741.380xyzxyz87.34%012.66%xyz设得78.72%021.28%xy再设z得78.72~87.34%x0~21.28%y0~12.66%z83.3%6.7%xz爆轰产物与有毒气体（1）爆轰产物：炸药爆轰时，化学反应区反应终了瞬间的化学反应产物。它是计算爆轰反应热效应的依据。（2）爆炸产物：爆轰产物的进一步膨胀，或同外界空气、岩石等其他物质相互作用，发生新的反应、生成的新的产物。（3）有毒气体：CO、H2S、SO2和氮氧化物在计算有毒气体总量时，应将其他气体折算成CO含量；其中氮氧化物的毒性系数为6.5，SO2、H2S的毒性系数为2.5。影响有毒气体生成量的主要因素A炸药的氧平衡B化学反应的完全程度C炸药外壳为涂蜡纸壳D爆破岩石内含硫生成H2S、SO2等有毒气体2.2.3炸药热化学参数爆炸压力爆温爆热爆容1kg炸药爆炸生成气体产物换算为标准状态下的体积称为爆容（specificvolume）(单位:L/kg)。爆容越大，炸药做功能力越强。单位质量炸药爆炸时所释放的热量称为爆热（explosionheat）(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。(explosiontemperature)指炸药爆炸时放出的能量将爆炸产物加热到的最高温度。（explosionpressure）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。也有人将其定义为炮孔中装药爆炸完了瞬间炮孔壁上的压力，故又称为炮孔压力。2.3炸药的起爆和感度2.3.1炸药的起爆起爆----炸药在外界能量作用下发生爆炸反应的过程。起爆能----这种外界的能量称~工业炸药起爆能的三种形式：1.热能（利用导火索的火焰或雷管）2.机械做功（撞击、摩擦）3.爆炸冲能（爆炸波和高温高压气体产生物流，引起其他炸药起爆）炸药的起爆机理（原理）P17页图热点起爆理论热点学说认为：炸药在受到机械作用时，绝大部分的机械能量首先转化为热能。由于机械作用不可能是均匀的，因此，热能不是作用在整个炸药上，而只是集中在炸药的局部范围内，并形成热点。在热点处的炸药首先发生热分解，同时放出热量，放出的热量又促使炸药的分解速度迅速增加。如果炸药中形成热点的数目足够多，且尺寸又足够大，热点的温度升高到爆发点后，炸药便在这些点被激发并发生爆炸，最后引起部分炸药乃至整个炸药的爆炸。热点起爆理论又称热点学说热点形成的原因:（1）炸药内部的空气间隙或者微小气泡等在机械作用下受到了绝热压缩；（2）受磨擦作用后，在炸药的颗粒之间、炸药与杂质之间以及炸药与容器内壁之间出现的局部加热；（3）炸药由于黏滞性流动而产生的热点。热点起爆理论炸药起爆(E：放出的热能P17页图2.4)炸药爆炸的能量图2.3.2炸药感度：敏感程度感度（sensitivity）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它对另一种起爆能的感度。冲击波感度热感度静电感度火焰感度摩擦感度撞击感度其他感度（sensitivitytoinitiation）(sensitivitytoshockwave）（electrostaticsensitivity）（sensitivitytoflame）（sensitivitytofriction）（sensitivitytoimpact）（sensitivitytoheat）热感度和机械感度热感度（sensitivitytoheat）是指在热的作用下,炸药发生爆炸的难易程度。热感度通常用爆发点（ignitionpoint）来表示.爆发点----在一定实验条件下，规定的时间内，将炸药加热到爆炸是所需要的最底加热温度。热作用的方式主要有两种：均匀加热、火焰点火。火焰感度----炸药在火焰或火花作用下，发生爆炸的难易程度。机械感度（1）冲击（撞击）感度（2）摩擦感度（sensitivitytoimpact）在机械撞击的作用下，炸药发生爆炸的难易程度称为炸药的撞击感度。（sensitivitytofriction）在机械摩擦的作用下，炸药发生爆炸的难易程度称为炸药的摩擦感度。起爆冲能感度（又称为爆炸感度或起爆感度）起爆感度（sensitivitytoinitiation）炸药的起爆感度：是指在其他炸药（起爆药、起爆具等）的爆炸作用下，猛炸药发生爆炸的难易程度。爆炸的感度与热感度、冲击感度有关。凡能用1发8号工业雷管可靠起爆的炸药称其具有雷管感度；凡不能用1发8号工业雷管可靠起爆的炸药称其不具有雷管感度。影响炸药感度因素影响炸药感度的因素1炸药温度的影响2炸药物理状态与晶体形态的影响3炸药颗粒度的影响5附加物的影响4装药密度的影响2.4炸药爆炸理论波扰动在介质中的传播称为波。物质在外界的作用下状态参数会发生一定的变化，物质局部状态的变化称为扰动稀疏波压缩波受扰动后波阵面上介质的压力、密度均增大的波称为压缩波。受扰动后波阵面上介质的压力、密度均减小的波称为稀疏波或膨胀波。（pressurewave）（expansionwave）波动----扰动自进而远的传播，这种现象称~波头（波阵面）----扰动去与非扰动区之间的界面。波速----波阵面的传播速度。按波内质点运动方向分：1.纵波:介质受压缩或膨胀2.横波：介质引起的切变按阵面形状不同分：平面波、柱面波、球面波按波强度分：弹性波、弹塑性波、冲击波音波---称声波，在介质中传播的弱扰动纵波。传播速度称为声速。2.4.2冲击波的形成冲击波（shockwave）冲击波是一种在介质中以超声速传播的并具有压力突然跃升然后慢慢下降特征的一种高强度压缩波。冲击波形成原理示意图R—活塞与气体的界面A—各个瞬时的波阵面；P—管中空气压力冲击波基本方程10001PPcVVV11001()()uPPVV101001(1)(1)(1)(1)PKPKPKPK11ncKPV111000PVTTPV冲击波特征1）冲击波的波速对未扰动介质而言是超音速的。2）冲击波的波速对波后介质而言是亚音速的。3）冲击波的波速与波的强度有关。由于稀疏波的侵蚀和不可逆的能量损耗，其强度和对应的波速将随传播距离增加而衰减。传播一定距离后，冲击波就会蜕变为压缩波，最终衰减为音波。4）冲击波波阵面上的介质状态参数（速度、压力、密度、温度）的变化是突跃的，波阵面可以看做是介质中状态参数不连续的间断面。冲击波后面通常跟有稀疏波。5）冲击波通过时，静止介质将获得流速，其方向与波传播方向相同，但流速值小于波速。6）冲击波对介质的压缩不同于等熵压缩。冲击波形成时，介质的熵将增加。7）冲击波以脉冲形式传播，不具有周期性。8）当很强的入射冲击波在刚性障碍物表面发生反射时,其反射冲击波波阵面上的压力是入射冲击波波阵面上压力的8倍,由于反射冲击波对目标的破坏性更大，因此在进行火工品车间.仓库等有关设计时应尽量避免可能造成的冲击波反射。炸药爆炸波爆炸波（detonationwave）在炸药中传播的伴随有快速化学反应区的冲击波称为爆炸波。爆炸波沿炸药装药传播的速度称为爆速。（detonationvelocity）爆速爆炸波特征：①爆炸波只存在于炸药的爆炸过程中。爆炸波的传播随着炸药爆轰结束而中止。②爆炸波总带着一个化学反应区，它是爆炸波得以稳定传播的基本保证。习惯上把0-2区间称为爆炸波波阵面的宽度，其数值约0.1~1.0cm，视炸药的种类而异。③爆炸波具有稳定性，即波阵面上的参数及其宽度不随时间而变化,直至爆炸终了.爆炸波的结构波阵面2-2面为爆炸化学反应区的末端面，称为爆轰波波阵面。常把满足一定假设条件的理想爆轰波波阵面简称为C—J面（Chapaman－Jouguetplane）C—J面爆轰波结构示意图爆炸波的参数C—J面上爆轰产物的移动速度爆轰压力C—J面上爆轰产物的比容C—J面上爆轰产物的密度C—J面上稀疏波相对于爆轰产物的速度爆速爆轰温度11HuDK01HKVVK01HKK2011HPDK1HKCDK22(1)VDKQ21HbKTTK凝聚炸药爆炸反应机理ABC均匀灼烧机理混合反应机理不均匀灼烧机理均匀灼烧机理又称整体反应机理化学反应在整个爆炸波波阵面上同时进行。混合反应机理又称二次式多次反应机理化学反应在化学反应区分步进行。整个压缩层炸药的温度不是均匀地升高并发生灼烧，形成“起爆中心”或“热点”并先发生化学反应，然后再传到整个炸药层。（三种途径）①炸药中含有的微小气泡（气体或蒸气）在受到冲击波压缩作用时的绝热压缩；②由于冲击波经过时炸药的质点间或薄层间的运动速度不同而发生摩擦或变形；③爆炸气体产物渗透到炸药颗粒间的空隙中而使炸药颗粒表面加热.理想爆炸与稳定爆炸（limitingdiameter）区分:d极药包极限直径d临药包临界直径（criticaldiameter）理想爆炸非理想爆炸当任意加大药包直径和长度而爆炸波传播速