燃烧爆炸理论与技术

可燃液体的燃烧，实质上是燃烧可燃液体蒸发出来的蒸气，所以叫蒸发燃烧。

对于难挥发的可燃液体，其受热后分解出可燃性气体，然后这些可燃性气体进行燃烧，这种燃烧形式称为分解燃烧。

可燃固体的燃烧可分为简单可燃固体、高熔点可燃固体、低熔点可燃固体和复杂的可燃固体燃烧等四种情况。

固体碳和铝、镍、铁等金属熔点较高，在热源作用下不氧化也不分解，它们的燃烧发生在空气和固体表面接触的部位，能产生红热的表面，但不产生火焰，燃烧的速度和固体表面的大小有关。

这种燃烧形式称为表面燃烧。

闪点的影响因素同系物液体的闪点随着相对分子量、相对密度、沸点的增加和蒸汽压的降低而增高。

同类组分混合液，如汽油、煤油等，由烃类的同系物组成，其闪点随着馏分的增高而增高。

异构体的闪点低于正构体。

能溶于水的易燃液体，闪点随浓度的降低而增高。

油漆类液体的闪点取决于油漆中所含溶剂的闪点。

两种可燃液体混合物的闪点一般低于这两种液体闪点的平均值。

易燃气体：a）与空气的混合物按体积分类占13％或更少时可点燃的气体；b) 不论易燃下限如何，与空气混合，燃烧范围的体积分数至少为12％的气体。

非易燃无毒气体：在20℃压力不低于280 kPa条件下运输或以冷冻液体状态运输的气体（窒息性气体、氧化性气体、不属于其他项别的气体）易燃液体：在其闪点温度（其闭杯试验闪点不高于60.5℃，或其开杯试验闪点不高于65.6℃）时放出易燃蒸气的液体或液体混合物，或是在溶液或悬浮液中含有固体的液体。

氧化性物质：本身不一定可燃，但通常因放出氧或起氧化反应可能引起或促使其他物质燃烧的物质。

有机过氧化物：分子组成中含有过氧基的有机物质，该物质为热不稳定物质，可能发生放热的自加速分解。

该类物质还可能具有以下一种或数种性质：a) 可能发生爆炸性分解；b) 迅速燃烧；c) 对碰撞或摩擦敏感；d) 与其他物质起危险反应。

e) 损害眼睛毒性物质：经吞食、吸入或皮肤接触后可能造成死亡或严重受伤或健康损害的物质。

经口摄取半数致死量：固体ld50≤200 mg/kg，液体ld50≤500 mg/kg；经皮肤接触24 h，半数致死量ld50≤1 000 mg/kg；粉尘、烟雾吸入半数致死浓度lc50≤10 mg/L的固体或液体染性物质：含有病原体的物质，包括生物制品、诊断样品、基因突变的微生物、生物体和其他媒介，如病毒蛋白等。

放射性物质：含有放射性核素且其放射性活度浓度和总活度都分别超过GB 11806规定的限值的物质，放射性比活>7.4×104Bq/kg腐蚀性物质：通过化学作用使生物组织接触时会造成严重损伤、或在渗漏时会严重损害甚至毁坏其他货物或运载工具的物质。

腐蚀性物质包含与完好皮肤组织接触不超过4 h，在14 d的观察期中发现引起皮肤全厚度损毁，或在温度55℃时，对s235jr+cr型或类似型号钢或无覆盖层铝的表面均匀年腐蚀率超过6.25 mm/a的物质。

热冲量起爆：加热或局部引燃炸药不稳定燃烧(加速) 爆轰－－－DDT过程DDT过程的长短与炸药自身的物理化学性质,装药直径,密度,外界压力,初温,外界强度有关。

机械冲量起爆：机械冲击的作用形式：撞击、摩檫。

机械冲击“热点”或活化中心热点扩张（低速燃烧）爆轰爆轰能否传播下去，取决于第一层受冲击炸药爆炸产生的能量大小，如果能激发下一层炸药爆轰，则爆轰可传递下去，否则爆轰只在局部发生或发生后便衰减下去。

爆炸冲量的起爆：主要是强冲击波起爆,只有冲击波压力(或爆速)大于某一临界值并保持一定时间才能起爆。

热安定性与分子结构的关系：①爆炸性基团的特性。

在三类主要的单质炸药中，一般是硝基化合物比硝胺安定，而硝胺又比硝酸酯安定，其主要原因是硝基化合物中的最薄弱键C—NO2的解离能既大于硝胺分子中的N－NO2键，更大于硝酸酯分子中的O—NO2键。

②爆炸性基团的数目及其排列方式。

一般说来，炸药中爆炸性基团越多，安定性愈低。

但有时也由于取代基效应而表现相反的情况。

基团在分子中的排列方式也对炸药安定性有很大的影响，并列或集中排列都可使安定性明显降低。

例如，苯、苯胺及丙烷的硝基衍生物，其热安定性均随取代硝基数的增加而明显降低。

③分子内的活泼氢原子。

炸药分子内的活泼氢原子对热安定性的影响有时是很明显的，甚至能超过爆炸基团本身的影响④分子的取代基。

取代基对炸药反应性的影响可用线性自由能原理所导出的多种关系式，如哈密特（Hammett）方程及塔夫特（Taft）方程来关联。

C-J理论A、爆轰波基本关系式由Chapman与Jouguet首先提出，后称为C-J理论。

C-J假定：冲击波与化学反应区作为一维间断面处理，反应在瞬间完成，化学反应速度无穷大，反应的初态和终态重合。

流动或爆轰波的传播是定常的。

一维平面波：药柱直径无限大，忽略起爆端影响。

间断面：爆轰波理解为冲击波，化学反应区作为瞬间释放能量的几何面紧紧贴在冲击波的后面，整个作为间断面来处理，从间断面流出的物质已处于热化学平衡态，因此波后可用热力学状态方程来描述。

稳定爆轰(定常)：坐标系可作为惯性系建立在波阵面上上述假设即是C-J假设，C-J假设把爆轰过程和爆燃过程简化为一个含化学反应的一维定常传播的强间断面，对于爆轰过程，该强间断面为爆轰波，对于爆燃过程则叫做爆燃波。

将爆轰波简化为含有化学反应的强间断面的理论通常称为Chapman-Jouguet理论，简称C-J 理论。

C-J假定①流动是理想的、一维的，不考虑介质的粘性、扩散、传热以及流动的湍流等性质。

②爆轰波阵面是平面，其阵面的厚度可忽略不计，它只是压力、质点速度、温度等参数发生突跃变化的强间断面。

③ 在波阵面内的化学反应瞬间完成的，其反应速率为无限大，且反应产物处于热力学平衡状态。

④ 爆轰波阵面的参数是定常的。

爆轰波能够定常传播的约束条件---C-J 条件： D －u 1= C1，其中C1为1区的声速。

C-J 点是满足爆轰波稳定传播的稳态点，其重要性质有：C-J 点是波速线、爆轰波雨贡纽曲线以及过该点的等熵线的公切点；C-J 点是爆轰波雨贡纽曲线上熵值最小的点；C-J 点是波速线上熵值最大的点。

凝聚炸药爆轰波速度的影响因素：1） 炸药化学性质的影响 主要是爆热的影响。

对单体炸药以及由单体炸药组成的混合炸药，Q D对于含铝混合炸药等，由于反应的多阶段性，只有初始阶段放出的热对爆热有贡献。

理想爆轰：符合C-J 理论和ZND 模型的爆轰； 特点：装药直径无限大，没有侧向膨胀的影响或爆炸产物侧向飞散的影响，炸药以及反应区是均匀的物相，化学反应一层层顺序进行。

非理想爆轰：处于d c r 与d m 之间的稳定爆轰，而处于d m 以上的爆轰就是理想爆轰。

非理想爆轰化学反应特征：具有阶段性。

直径效应的一种解释：侧向稀疏波的影响。

无侧向膨胀的爆轰：反应区放出的能量全部用于支持爆轰的传播，对应着最大的爆轰速度Dm,对于一定的炸药（特定的装药密度）Dm 为定值，也就是理想爆轰有侧向膨胀的爆轰：除轴向膨胀外，还有径向膨胀，膨胀的结果使得反应区能量密度降低，从而降低了爆速(Dcr 和dcr 反映了炸药的爆轰难易程度，可用来表示炸药对冲击波或传播爆轰的敏感性。

例如AN 的dcr 大于100mm ，而RDX 只有1－2mm 。

)在铅柱压缩法是国家标准GB 12440-90规定的炸药猛度试验方法，其基本原理是在规定参量（质量、密度和几何尺寸）的条件下，炸药装药爆炸时对铅柱进行压缩，以压缩值来衡量炸药的猛度。

铅柱压缩法适用于测定粉状、颗粒状和膏状炸药的猛度。

用铅柱压缩法实验测定：炸药爆炸后量出压缩前后的高度差（㎜），即炸药的猛度。

cr m D cr D m根据我国爆炸试验和爆炸事故统计资料，得出建筑物破坏等级与冲击波超压峰值的关系如表：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，也就是说，炸药的感度与不同形式的起爆能并不存在固定的比例关系。

因此，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。

在工程实践中，人们在需要高感度炸药的同时，又希望炸药具有低感度的特性。

也就是说，希望炸药在使用的时候具有高感度，以保证起爆和传爆的可靠性；而在生产、贮存、运输等非使用场合，炸药又具有低感度，以确保安全性。

炸药在热作用下爆炸的机理热爆炸理论Semenov，Frank-Fameneskii，Thomas，冯长根★基本观点：在一定条件下（温度、压力等）若炸药因热分解的作用下，反应放出的热量大于热传导（向外）所散失的热量，就能使炸药的内部发生热积累，从而使反应自动加速，温度升高，反应更快，温度更高，如此循环发展最后导致爆炸。

消焰距离:消焰距离就是指火焰蔓延不下去的最大通道尺寸。

最低点火能:最低点火能（MIE）是指在规定的试验条件下，能使爆炸性混合物燃爆所需最小电火花的能量。

如果点火源的能量低于这个临界值，一般不会着火。

最小点火能的影响因素:最小点火能受混合物性质、点火源特征、压力、浓度、温度等因素的影响。

（1）可燃物结构的影响（2）可燃气体浓度的影响（3）电极间隙的影响（4）可燃混合气体初温和压力的影响。

气体燃烧速度的影响因数:（1）气体的性质和浓度（2）初始温度（3）惰性气体的影响（4）管道、容器材质的导热性（5）管径的影响粉尘爆炸的过程是怎样形成的: 粉尘发生反应时，需要经历一定的物理、化学变化，爆炸过程相对复杂，一般来说，典型的粉尘爆炸包括如下几个步骤：（1）悬浮粉尘在热源作用下温度迅速升高。

（2）粉尘粒子表面的分子在热作用下发生热分解或者干馏，粒子周围产生可燃性气体。

（3）粒子周围的可燃性气体被点燃，形成局部小火焰。

（4）粉尘燃烧后放出热量，以热传导和火焰辐射作用传给附近原来悬浮着的或被吹扬起来的粉尘，这些粉尘受热气化后使燃烧循环持续进行下去，随着每个循环的逐项进行，其反应速度也逐渐增大，通过激烈的燃烧，最后形成爆炸。

液体燃烧速度的影响因素：影响液体燃烧速度的因素主要有以下几种：（1）液体燃烧速度取决于液体的蒸发速度（2）液体热容、蒸发潜热、火焰辐射能力。

（3）初温（4）风速（5）含水（6）罐直径表面燃烧及其特点：表面燃烧是指可燃物表面接受高温燃烧产物放出的热量，而使表面分子活化。

可燃物表面被加热后发生燃烧，燃烧以后的高温气体以同样的方式将热量传给下一层可燃物，这样继续燃烧下去。

不能挥发、分解或汽化的木炭、焦炭、金属等，燃烧过程在固体表面进行，通常产生红热的表面，不产生火焰，为表面燃烧。

1.可燃气体的危险等级按（爆炸下限）分类。

2.可燃气体爆炸下限大于或等于10％的生产车间，属于乙类生产。

3.可燃液体的闪点越高，则发生火灾爆炸的危险性越小。

4.若对产生可燃粉尘的生产装置用惰性气体进行保护时，应使装置中实际氧含量比临界氧含量低10%。