烟火学2102复习题-------沈阳理工--带答案-有些不全对-特种能源工程与烟火技术专业-必修课

11、为什么说黑火药是最初的烟火药？试述烟火药与火炸药的区别与联系？答（1）烟火药主要是由氧化剂、可燃剂和粘合剂组成。而黑火药是由木炭、硝石和硫磺粉组成的，硝石是氧化剂，木炭和硫磺是可燃剂，黑火药具备了烟火药的特征，并且出现的最早，所以说黑火药是最初的烟火药。（2）烟火药在本质上是火炸药的一种，它既具有火药的燃烧特性，又具有炸药的爆炸性能。二者既有区别又有共同点：1）烟火药与火炸药的共同点烟火药与.火炸药的共同点在于化学组成相似，为放热的氧化还原反应且活化能均不高，反应过程短暂。2）烟火药与火炸药的不同点烟火药与火炸药又有区别，其不同点在于反应速度不同，反应产物不同和用途不同。①反应速度不同炸药反应速度极快。火药燃速随压力而变。烟火药为药柱时，燃速为数毫米每秒。粉状的烟火药在密闭条件可由燃烧转爆轰。②反应产物不同火药、炸药反应产物为大量的气体。烟火药按所产生的烟火效应要求，其反应产物将会不同，可以是气相物质，也可以是凝聚相物质(即固、液相物质)。③用途不同火药与炸药是利用反应时产生的高温高压气体作膨胀功。烟火药是利用反应时产生出的光、色、声、烟、热、气动等特种效应制造各种烟火器材或特种弹药，为国民经济建设和战争服务。2、试述氧化剂、可燃物、粘合剂的选择原则与技术要求？选择原则氧化剂①氧化剂应为固体，其熔点不低于60℃，并在士60℃范围内保持稳定;②应含大量的有效氧(30%)，且燃烧时易释放;③吸湿性小，受水作用不分解;④制成的烟火药机械感度和摩擦感度低，安全可靠。可燃剂①具有足够的热效应，以保证烟火药能达到最佳的特种效应②具有极易被氧化剂或空气中的氧氧化的性能，且燃烧时需氧量最少;③燃烧时产生的氧化生成物，要能保证达到最佳的特种效应。④在士60℃范围内具有足够的化学和物理安定性，当受弱酸或弱碱溶液作用时尽可能仍保持稳定。粘合剂①粘合力强，抗腐蚀性能好;.②含氧量多，有较高的燃烧热;.③燃烧时不影响烟火制品的特种效应;④吸湿性小，能溶于通用的酒精、汽油等溶剂;⑤相容性好，制成的烟火制品具有良好的长贮安定性技术要求氧化剂①纯度不应低于98%~99%②水分含量必须极小，通常不超过0.5%。③容易吸湿的盐和重金属盐的含量应极小;④氧化剂的水溶液应为中性反应;⑤不含可燃杂质和增加烟火药机械感度的固体杂质，不含降低安定性的杂质，不含降低特种效应的杂质;⑥氧化剂粉末应具有适当的颗粒度。需要指出的是氧化剂中最不希望含有氯化物杂质，因为它们使氧化剂变得易吸湿。可燃剂①有最大的活性，各种金属粉中活性金属的含量应为90~98%②硅、铁杂质含量不超过1%，以防增加烟火药的机械敏感度③重金属(铜、铅等)杂质含量应极少④油脂含量只允许有百分之零点几，在某些情况下甚至完全不允许有油脂⑤所含水分只许可少于百分之一⑥有一定的颗粒度。粘合剂一般情况下用量在5%一10%为宜。23、简述粘合剂使用的目的及粘合剂用量要适宜的原因？答：（1）使用粘合剂的目的在于使烟火药制品具有足够的机械强度，减缓药剂的燃烧速度，降低药剂的机械感度，并起到改善烟火药安定性的作用。（2）烟火药中不宜过多使用粘合剂，一方面当药剂中的粘合剂含量超过10%~20%时，制品强度增加不大;另一方面，过多地使用粘合剂会破坏烟火药氧平衡，使烟火效应受到显著影响。（实际使用时，应在满足制品强度和燃速的要求下，尽量少加粘合剂，一般情况下用量在5%~10%为宜。）4、论述烟火药燃烧的特征?答烟火药的燃烧反应发生在直接靠近火焰面的一层极薄的药剂内。燃烧时需经过蒸发、升华、热分解、预混合和扩散等中间阶段才能转变成燃烧的最终产物。燃烧过程是传质、传热等物理过程及化学反应过程。燃烧在凝聚相中开始，在气相中结束。5、建立烟火药燃烧方程式的原则是什么?答：最大放热法则，即放热量大的比放热量小的反应更为可能。①燃烧时产生的微量产物不计；②所有氮元素全部转化为N2；③金属可燃物氧化为金属氧化物；④含Cl、F，等元素时Mg、Al转化为MgCl2、MgF2,H元素转化为HCl，多余的转化为Cl2；⑤烟火药中的氧将H氧化为H2O，氧不足则转化为H2；⑥剩余的O将C氧化为CO，还有剩余氧则进一步氧化为CO2，还有氧则转化为氧气，氧气不足C元素生成游离态的C。⑦烟火药中聚合物采用单体。6、烟火辐射光谱分布的类型及产生原因？光谱类型产生原因光谱分布线状光谱(原子光谱)线状光谱由单原子气体或蒸汽激发产生。原子辐射特性是核外电子接受外界能量激发，电子跃迁到能级较高的不稳定态，然后跃迁回基态而发出光量子。在光谱上呈现出一些很狭窄的线条，这些线条有规律地排列着。带状光谱(分子光谱)在外界能量作用下，受激发的分子在转动、振动及电子跃迁时会辐射出这些细密的谱线。连续光谱固体和液体在高温时游离的电子首先发生扰动，并随温度不同而具有不同的能量。能量不同，辐射波长就不同，这种热辐射发出的光谱从红外区到紫外区各种波长都有，因此就形成了连续光谱。所有热辐射光源的光谱都是连续光谱，是光源中最常见的一种分布。混合光谱以上三种的混合叠加7、是否只有热辐射才能发光，为什么？举例说明其它发光。答：否，除了热辐射发光外，通过受激辐射，使原子或分子中电子由高能级回到低能级，也会引起发光，例如化学发光、磷光和萤光等，化学发光就是由化学反应直接形成受激原子或分子的发光现象而且不一定伴随热效应。8、简述辐射度学和光度学中的五个基本定律。答：①斯蒂芬—波尔兹曼定律E=σT4(总辐射能与温度的四次方成正比)3σ=5.67×10-8W/（m2·K4）式中E——总辐射能σ——斯蒂芬常数T——温度②维恩位移定律Tλm=b(最大辐射能波长与温度成反比)式中λm——峰值定律③普朗克定律11λπhC2λ5-2λKThCeE式中C——光速K——波尔兹曼常数e——自然对数的底h——普朗克常数，h=6.63×10-34J/S④余弦定律(朗伯余弦定律)任一表面上的辐照度随该表面法线和辐射能传输方向之间的夹角的余弦而变化。与传输方向垂直的表面上的辐照度最大。即E=Em·cosθ⑤平方反比定律球表面上的辐照度和点光源到待测表面的距离的平方成反比，即2RΦE9、什么是色度图，它在烟火领域有什么用途？答：（1）根据色坐标绘制的图叫色度图。（2）色度图的应用①应用色度图从理论上指导染焰剂的选择，进行有效的颜色混合，以达到预期的效果。②应用色度图还可以定量描述有色发光剂的颜色，并对其色彩进行评价，指导颜色质量控制。③色坐标反映了光源本身的光色。10举例说明气溶胶的含义，并阐述气溶胶所具有的特性。答：（1）固态或液态的微粒悬浮于空气之中形成的一种具有特定运动规律的悬浮体系，这种体系称之为气溶胶。气溶胶是由分散介质和分散在介质内的微粒—分散相所构成。例如雾，它的分散介质为空气分散相为液态液珠，再如烟，它的分散介质为空气分散相是固态的颗粒；（2）①气溶胶动力学特性有沉降、碰并、气溶胶粒子在气体中的扩散、凝并，界面蒸发及凝集和成核现象、粘附现象、粒子带静电荷现象等。②光学特性为气溶胶对入射光能的吸收散射的消光。11研究气溶胶微粒大小、形状、结构有何意义？什么是气溶胶粒子大小分布的微分谱和积分谱？答：(1)无论是天然的还是人工制造的气溶胶绝大多数都是多分散的体系，单分散气溶胶极少。多分散气溶胶的力学、光学以及对电磁波的吸收与散射性能均与粒子大小相关。为了正确地分析和评估气溶胶性能，也为了探索气溶胶粒子微观动力学过程，必须掌握气溶胶粒子大小分布特征。(2)在半径为（r，r+dr）间隔里，气溶胶粒子数目的份数以df=f(r)dr来表示，且以此微分形式获取的表示f(r)的曲线，即粒子大小分布的微分曲线（微分谱）。4(3)在对气溶胶粒子测量结果处理时，用粒数的积分分布曲线（积分谱）更为方便。粒数的积分分布N定义为：12气溶胶粒子的沉降、扩散和凝并作用过程是怎样的？从气溶胶力学性能角度如何控制或改变气溶胶的稳定性？答：（1）①沉降：气溶胶粒子的沉降过程，是粒子在外力作用下和介质分离的过程②扩散：就单个粒子而言，它们各方向运动的几率是均等的，但在粒子浓度较高的区域，由于单位体积内粒子数叫周围高，因此出现“多出少进”，造成区域内浓度降低；而低浓度区域则相反，这就表现为扩散，扩散是布朗运动的宏观表现。③凝并：气溶胶粒子在大气中运动时相互接触(碰撞)而形成较大粒子的过程叫凝并（2）通过以下几种方式可以达到控制或改变气溶胶的稳定性的目的①改变气溶胶微粒周围作用力的大小②使用尺寸远大于气溶胶微粒的工具（棍棒等）对气溶胶搅动③对气溶胶加热或者冷却④使气溶胶微粒带上同种或异种电荷⑤改变气溶胶微粒的大小⑥增加气溶胶的流动性或减缓气溶胶的流动性13气溶胶红外消光机理是什么？散射与吸收消光有何不同？答：（1）①吸收衰减机理光在气溶胶中传输被吸收，是由于光波的电矢量使气溶胶物质结构中的作谐振的原子和分子获得能量而作受迫振动，当受迫振动的原子或分子与其它原子或分子发生碰撞时，振动能量即转变成平动动能，此时分子热运动加剧，即该部分光能被转化成热能而消失。②散射衰减机理光作为一种电磁波，当进入到气溶胶中时，入射辐射能量一部分将被气溶胶微粒截获。微粒截获能量后即构成次生(二次)的波源，产生次生电磁波，再向外辐射出去，这就使得入射辐射在原传播方向上的能量减少。（2）次生波是微粒内原子、分子因偶极化于辐射电磁场作用下才产生出的，光只是通过次生波的产生和辐射使其在原传播方向上能量减少，而入射辐射总能量并未发生变化。与吸收衰减发生内能状态变化是有本质不同的。14气溶胶粒子凝并和碰并的区别和联系？答：气溶胶粒子凝并是气溶胶粒子之间的动力学现象，而碰并则是气溶胶粒子与其中的外来的远远大于气溶胶粒子的障碍物之间的动力学现象；凝并和碰并都能使溶胶的数密度降低，加快沉降；但是凝并不能使溶胶的质量密度降低，而碰并则相反，会使气溶胶的质量浓度降低15固体化学的研究内容有哪些？如何通过试验来确定烟火药的PIR是一种纯粹的固固相反应？举例说明。答：（1）固体化学研究将涉及到固体结构、固体材料的物理性质和化学性质、以及固体物质的化学反应等。（2）可以通过增大压制烟火药药柱的压力或者在烟火药剂中参入外来物接着测定烟火药的PIR速度加以证明，实验证明增大压制烟火药药柱的压力（装药密度增大），PIR速度加快，在烟火药剂中参入外来物，PIR速度反而降低，因此可以证明PIR是一种纯粹的固固相反应。例如Fe—BaO2反应，当增加压药压力时速度增加；而加入生成物Fe2O3时，燃烧反应速度反而下降了。16产生弗兰克缺陷和肖特基缺陷的原因?研究烟火药晶体缺陷和位错的意义？答：（1）弗兰克尔缺陷晶体中的原子在温度高于0K时，总是在晶体中围绕着其平衡位置作热运动。温度升高，原子的平均动能随之增加，振幅增大。当某些具有较平均能量大得多的原子，随温度的升高，就有可能离开其平衡位置而挤入晶格的间隙中去，成为填隙原子，而原来的格点位置变成了空位。基于这种倩况，晶体中一对对的填隙原子和空位便产生，它们是处于运动中或者复合，或者运动到其他位置上去。（2）肖特基缺陷如果晶体表面上的原子受热激发，被蒸发跑到表面以外的稍远处，在表面上的原位置处则出现空位，这时晶体内部又有原子运动到此空位上，而在晶体内部产生了新的空位。总起来看，空位象是从晶体表面向晶体内部移动一5样。(3)烟火药的分解反应是与组成该烟火药的晶体缺陷、位错及内表面积诸因素相关。研究烟火药晶体缺陷和位错，不仅对新药剂的设计与研制具有意义，而且对解决烟火药长贮安定性及其他理化性能问题也有指导作用。17影响烟火药燃烧速度的因素有哪些？答：烟火药的燃烧速度既取决于药剂的配方，也取决于药剂的燃烧烧条件。实验证明，火焰温度最高的药剂，同时也是燃烧速度最快的药剂。①一定范围内，在同类混合物中，随着金属可燃物的增多而燃速加快。②在其它条件相同时，碱金属硝酸盐为氧化剂的烟火药比碱土金属硝酸盐为氧化剂的烟火药燃速快。③含有机可燃物(易熔的或易挥发的)的烟火药，较不含有机可燃物的同类烟火药其燃速要小。④组成烟火药的成分颗粒度愈小，燃速愈大，混合愈均匀，燃烧愈迅速