爆轰物理
爆燃及爆轰表现与方法
• 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。
爆燃及爆轰表现和方法
一、爆燃
• 这些压力波阵面以声速离开反应阵面并 在主压力波阵面处不断聚集。
• 由于反应阵面不断产生压力波阵面，造 成单个压力波阵面不断迭加，使得主压 力波阵面在尺寸上不断增加。
• 爆燃产生的压力波阵面持续时间长（几 毫秒至数百毫秒），阵面宽而平滑。
爆燃及爆轰表现和方法
二、爆轰
爆燃及爆轰表现和方法
爆燃及爆轰表现和方法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 化学反应导致的爆炸破坏效应很大程度上 依赖于是爆轰还是爆燃引起的爆炸。
• 爆燃是一种燃烧过程，反应阵面 （reaction front）移动速度低于未反应 气体中的声速，反应阵面主要通过传导和 扩散而进入未反应气体中。
爆燃及爆轰表现和方法
第一节 爆燃及爆轰
超声速驱动它持续向前行进。 • 当反应阵面和激波阵面耦合在一起同步前行
时，稳定发展的爆轰波便形成了。
爆燃及爆轰表现和方法
（一）爆轰过程
• 爆轰产生的激波阵面，其压力是突然上 升的。
• 最大压力与反应物料的相以及类型都有 关系。
• 持续时间与爆炸能有关系，一般在几秒 至数十秒之间。
爆燃及爆轰表现和方法
• 爆轰的反应阵面移动速度比未反应气体 中的声速高。
• 对爆轰来说，主要通过压缩反应阵面前 面的未反应气体使其受热，从而使反应 阵面向前传播。
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。
第五章 炸药爆炸的基本理论
氧平衡：炸药内含氧量与可燃元素充分氧化所 需氧量之间的关系。氧平衡用每克炸药中剩 余或不足氧量的克数或百分数表示。
氧系数：指炸药中含氧量与可燃元素充分氧化 所需氧量之比，用它也可以表示氧平衡的关 系。
氧平衡计算
对单体炸药：
假设炸药的通式为 CaHbNcOd ，则单质炸药的
例阿梅托的氧平衡计算
阿梅托
TNT 50% NH4NO3 50%
TNT的摩尔数为 500/227=2.2 1kg
NH4NO3的摩尔数为500/80=6.25
①1kg阿梅托组成为 2.2(C7H5N3O6)+ 6.25(C0H4N2O3) =C15.4H36N19.1O31.95
d (2a b)
炸药上述三种化学变化的形式，在一定条件 下，都是能够相互转化的：缓慢分解可发展为燃 烧、爆炸；反之，爆炸也可转化为燃烧、缓慢分 解。
研究炸药化学变化形式，就是为了控制外界 条件，使炸药的化学变化符合我们的需要。
氧平衡
炸药的爆炸是一个化学反应的过程，或者从 本质上说是一个氧化的过程，即炸药中氧对碳、 氢等元素氧化，使之成为较稳定的氧化物。
定义：单位质量炸药在定容条件下爆炸所释放的热
量称为爆热，其单位是kJ／kg或kJ／mol。 爆热的计算： 生成热：由元素生成1kg或lmol化合物所放出（或吸
收）的热量叫做该化合物的生成热。 盖斯定律：盖斯定律认为，化学反应的热效应同反
应进行的途径无关，当热力过程一定时，热效应只 取决于反应的初态和终态。
被完全氧化； • 硫被氧化为二氧化硫； • 氯首先与金属作用，再与氢生成HCl。
影响有毒气体生成量的因素：
cj爆轰原理
cj爆轰原理
"CJ爆轰" 涉及到爆炸学领域中的一种爆炸波的传播过程。
这里的 "CJ" 可能指的是 Chapman-Jouguet 爆轰，这是一种特定类型的爆轰，其爆炸波速度达到 Chapman-Jouguet 爆轰速度时，爆炸波成为恒定速度的强冲击波。
下面简要介绍 Chapman-Jouguet 爆轰的原理：
1. 燃烧介质：爆轰通常涉及到燃烧介质，例如爆炸性气体混合物。
这些混合物在一定条件下可以形成爆轰。
2. 起爆源：爆轰需要一个引发爆炸的起爆源，例如点火、撞击或其他形式的能量输入。
3. 燃烧波的形成：点火后，燃烧波开始在燃烧介质中传播。
这是一种爆轰波，它以极高的速度传播，推动燃烧介质中的物质向前。
4. Chapman-Jouguet 爆轰速度：当燃烧波的速度达到Chapman-Jouguet 爆轰速度时，爆炸波在介质中形成一个恒定速度的强冲击波。
Chapman-Jouguet 爆轰速度是一种特定的速度，它使得爆炸波后的压力与环境压力相匹配，同时维持一个稳定的状态。
5. 爆轰产物：在爆轰过程中，爆炸波推动燃烧介质中的物质，产生高温、高压的气体和其他爆轰产物。
6. 爆轰特性： Chapman-Jouguet 爆轰具有一些特定的特性，包括爆轰波速、压力、温度等参数。
这些特性可以用于描述爆轰过程。
请注意，爆轰是一种危险的物理过程，对于爆炸物质的处理需要遵循严格的安全标准和法规。
以上仅是对 Chapman-Jouguet 爆轰原理的简要概述，实际情况可能更为复杂。
炸药爆炸的基本理论
Ca Hb NcOd
b 2
H2O (d
b)CO (a d 2
b )C 2
c 2
N2
如：梯恩梯（TNT）
C7H5N3O6 2.5H2O 3.5CO 3.5C 1.5N2
❖ 含有其它元素的炸药,确定爆炸产物的原则：
❖ 水不参与反应，只由液态变为气态； ❖ K、Na、Ca、Mg、Al等金属元素，在反应时首先
例如：一公斤TNT炸药爆炸后，可以产生常 压下的气体740m3，由于反应的放热性和高速性， 这些气体产物在爆炸的瞬间仍占有炸药原来所占 体积，即几乎被压缩在0.0006m3的体积内，因而 形成极高的压力状态。高压状态的气体产物将猛 烈膨胀，从而产生变热能为对外做功的机械功的 爆炸效应。
如果没有气体产生，也就不可能造成高温高 压状态，自然也就不可能发生爆炸现象。
被完全氧化； ❖ 硫被氧化为二氧化硫； ❖ 氯首先与金属作用，再与氢生成HCl。
❖ 影响有毒气体生成量的因素：
❖ 炸药的氧平衡； ❖ 化学反应的完全程度； ❖ 装药外壳等。
爆容
❖ 爆容：单位质量炸药爆炸时，气体产物在标准状 态（00C和一个大气压）下的体积，用V0表示，单 位L/kg。爆容越大，炸药做功能力越强。
炸药上述三种化学变化的形式，在一定条件 下，都是能够相互转化的：缓慢分解可发展为燃 烧、爆炸；反之，爆炸也可转化为燃烧、缓慢分 解。
研究炸药化学变化形式，就是为了控制外界 条件，使炸药的化学变化符合我们的需要。
氧平衡
炸药的爆炸是一个化学反应的过程，或者从 本质上说是一个氧化的过程，即炸药中氧对碳、 氢等元素氧化，使之成为较稳定的氧化物。
爆炸反应方程
❖ 反应方程能够确定反映产物的成分和数量， 确定爆炸释放的能量。它是计算炸药爆炸 热化学参数和爆轰参数的依据。
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。
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爆炸是一种既具有破坏性又引人瞩目的现象，在我们的日常生活和各个领域中都能看到它的身影。
爆炸的物理机制一直以来都备受科学家们的关注和研究，通过深入探讨爆炸现象背后的物理机制，我们可以更好地理解这一现象的起因和过程，从而提高爆炸事件的预防和应对能力。
爆炸是一种剧烈的化学或物理过程，它在极短的时间内释放出巨大的能量，产生高温、高压和强烈的冲击波。
爆炸现象可以由多种因素引起，包括化学反应、核裂变、高压气体的扩散等。
爆炸通常分为两种类型：一种是爆轰，一种是爆炸。
爆轰是指在爆炸物质内部快速传播的化学反应或裂变过程。
当爆炸物被点燃或受到冲击时，其内部的分子开始燃烧或分裂，释放出大量的能量。
这种能量的快速释放导致了爆轰现象的发生，形成了一个强大的冲击波，造成周围环境的瞬间破坏。
爆炸是指在外部条件下，爆炸物质突然失去平衡，释放出能量并产生冲击波的过程。
这种爆炸通常由外部因素引起，如火灾、高温、高压等。
爆炸的结果是非常剧烈的，不仅可以造成物体的损坏，还可能对周围的人员和环境造成重大危害。
爆轰和爆炸的物理机制研究是一项复杂而重要的工作，它涉及到多个学科领域的知识，如化学、物理、工程等。
科学家们通过实验和理论分析，不断深入探讨爆炸现象的起因和过程，试图找出有效的预防和控制方法，以减少爆炸事件造成的危害。
爆轰和爆炸的物理机制可以从多个维度进行研究。
首先，我们可以从化学反应的角度来探讨爆炸现象。
爆炸物质内部的化学反应是引起爆轰的关键因素之一，不同的反应路径和速率会导致不同类型的爆炸现象。
通过研究化学反应的机制和动力学过程，我们可以更好地理解爆炸现象的本质。
其次，我们可以从能量释放和传播的角度来研究爆炸现象。
爆炸物质内部的能量释放是引起爆轰或爆炸的直接原因，而这些能量的传播路径和方式则决定了爆炸现象的发展和规模。
通过研究能量释放和传播的规律，我们可以揭示爆炸现象的物理机制，并提出相应的控制措施。
此外，我们还可以从材料科学和工程学的角度来探讨爆炸现象。
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。
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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。
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《爆轰物理》教学大纲
课程类别：技术基础教育课
程
课程名称：爆轰物理
开课单位：环境与安全工程
系
课程编号：2080302
总学时：48学
时
学分： 3
适用专业：特种能源工程与烟火技术专业
先修课程：炸药理论、流体力学等
一、课程在教学计划中的地位和作用
《爆轰物理》属于特种能源工程与烟火技术专业重要的技术基础教育课程之一。
炸药作为一种能源，具有许多独特的优点。
无论在军事上还是在国民经济的许多领域中，炸药均得到广泛的使用。
通过对该课程的学习可以使学生了解炸药的爆炸、炸药的起爆机理、炸药中的爆轰传播以及对周围介质做功的能力。
同时炸药爆炸现象的发生，爆轰的传播规律以及爆炸效应等有关内容，是本专业学生必备的基础知识。
二、课程内容、基本要求
绪论
1.概述
2.热力学基本知识
本章主要了解爆炸现象及性质并掌握热力学的基础知识。
为后述章节打下基础。
第一章炸药的爆炸
1.概述
2.炸药爆炸的特征
3.炸药的组成与爆炸分解
4.炸药的爆炸变化与炸药的分类
5.炸药的主要特性数
6.炸药爆炸对介质的作用
本章主要了解炸药爆炸的特征、对介质的作用，掌握爆热、爆温和爆容等特性数的计算与测定。
第二章炸药的起爆机理
1.概述
2.炸药的热起爆理论
3.炸药的机械作用起爆机理
4.炸药的冲击波起爆
5.炸药对静电放电的感度
本章主要要求学生了解炸药的起爆过程以及起爆能具有的各种形式，重点掌握热起爆和机械作用起爆理论。
第三章冲击波基本理论
1.概述
2.一维非定常等熵流动
3.正冲击波基本关系式
4.冲击波雨贡纽曲线及冲击波的性质
5.运动冲击波的正反射
6.运动冲击波的斜反射
7.冲击波的声学近似
本章要理解特征线的概念及冲击波雨贡纽曲线的含义，区别运动冲击波的正反射与斜反射，熟练掌握冲击波参数的计算方法。
第四章爆轰波的流体力学理论
1.概述
2.爆轰波的基本关系式
3.多方气体中的爆轰
4.爆轰波的定常结构----ZND模型
本章主要重点了解爆轰过程中炸药的化学反应和反应产物质点的运动过程以及一个复杂的爆轰过程可以用比较简单的冲击波流体力学理论而进行研究的方法，掌握根据C-J理论建立爆轰波的基本关系式，根据ZND模型研究爆轰过程的规律。
第五章爆轰波参数
1.概述
2.气相爆轰波参数
3.凝聚炸药的爆轰波参数
4.爆轰波反应区的定常解
5.爆轰波参数的实验测量
本章主要了解爆轰波参数的含义，熟练掌握爆轰波参数的计算公式。
第六章炸药中的爆轰传播
1.凝聚炸药的爆轰反应及其起爆与传播
2.非理想爆轰
3.影响炸药爆轰传播的因素
4.炸药中的低速爆轰和高速爆轰
5.螺旋爆轰及其非定常结构
6.爆轰波的控制
本章主要了解从炸药起爆到转入爆轰沿炸药装药传播时的一些主要特点及其影响因素。
第七章爆轰产物的一维等熵流动
1.概述
2.一维等熵非定常流动的特征线解法
3.典型情况下爆轰产物的一维流动
4.爆轰产物对管侧壁的冲量
5.爆轰产物对刚体的一维抛掷
本章要求学生了解一维非定常流动方程组的特征线解法，会利用这种解法研究爆轰产物对介质的作用。
第八章爆轰波对可压缩介质界面的作用
1.概述
2.接触爆炸时反射波性质的判据
3.垂直入射时介质中的冲击波初始参数
4.斜入射时介质中的冲击波初始参数
本章主要了解爆炸冲击波在介质分界面上的初始参数确定问题，掌握确定反射波性质的判据。
第九章爆炸冲击波与介质界面的作用
1.概述
2.冲击波和简单波的P-U曲线
3.冲击波与介质分界面的作用
4.冲击波与自由面的相互作用
5.物体高速碰撞时产生的冲击波
6.冲击波高压技术及其测试方法
7.探针法测量高压下材料的动态力学性质
本章重点了解冲击波高压技术及其应用，并了解高速碰撞下的冲击波问题。
三、学时分配
《炸药理论》教学大纲
课程类别：技术基础教育课
程
课程名称：炸药理论
开设单位：华北工学院环境与安全工程
系课程编号：2080303
总学时：
56
学分：3.5
适用专业：特种能源工程与烟火技术
先修课程：工程化学
一、课程在教学计划中的地位、作用
《炸药理论》是特种能源专业的必修的专业课，通过该课程的学习，使学生了解炸药的主要的理化性质、燃爆特性，能从理论上分析问题，了解炸药的一些性能测试方法。
从而更好的指导炸药安全生产和应用，提高炸药处理过程的安全性。
二、课程内容、基本要求
《炸药理论》主要研究：炸药爆炸的热化学特性；炸药热分解和热稳定性的特点和规律；燃烧、爆轰及由燃烧转爆轰的过程；炸药对外界作用的敏感度及起爆机理；冲击波及冲击波在介质中的传播；炸药的爆炸作用。
通过《炸药理论》的学习，使学生了解炸药的物理化学性质与爆炸性质的关系，掌握炸药在制造、使用和贮存过程中的安全性；根据不同的目的，选择炸药品种和装药条件，合理地使用炸药，以最大限度发挥其效能。
具体内容和基本要求如下：
第一章绪论
了解炸药的基本概念。
1.爆炸
2.炸药及特点
3.炸药的化学变化
4.炸药的分类
5.炸药的发展史
第二章炸药的热化学
掌握炸药氧平衡的概念和爆炸方程式的理论确定方法，了解炸药爆炸性能的计算。
1.炸药的氧平衡
2.炸药爆炸变化方程式的理论确定
3.化学反应热效应
4.炸药爆炸性能参数的计算
第三章炸药的热分解
了解炸药热分解的基本规律和炸药安定性理论。
1.炸药热分解的基本规律
2.研究测定炸药热分解的方法
3.炸药热分解机理总论
4.炸药的热安定性
5.炸药的相容性
第四章冲击波与爆轰波
了解冲击波的性质和爆轰波的Z-N-D模型即爆轰参数的理论计算，掌握爆轰反应过程的规律和凝聚炸药的爆轰过程。
1.冲击波基础理论
2.爆轰的流体动力学理论的基本模型
3.气相爆轰的流体动力学理论
4.气体炸药爆轰参数的计算
5.凝聚炸药的爆轰过程
6.凝聚炸药爆轰参数的计算
7.影响凝聚炸药爆速的因素
第五章炸药的感度和起爆机理
了解炸药各种感度的概念及测试方法，掌握“热点理论”，了解钝感的意义和途径。
1.炸药感度的一般概念
2.炸药的机械感度和起爆机理
3.炸药的冲击波感度和爆轰感度
4.炸药对静电放电的感度
5.其它初始冲量对炸药的作用
6.影响作用感度的因素
7.钝感
第六章作用的爆炸作用
了解炸药的威力和猛度以及炸药的聚能效应。
1.炸药的作功能力
2.炸药的猛度
3.聚能效应
4.爆炸冲击波在介质分界面上的初始参数
5.炸药在空气中的爆炸作用
三、学时分配。