4 冲击波与爆轰波-1
∂S ∂S ) P dT + [T ( ) T + V ]dP ∂T ∂P
等熵关系的建立
∂S ∂h 类似有：T ( ∂ T ) P = ( ∂ T ) P = C P 代入（11）的第1式：
CP CP ∂S ∂V dT + ( ) T dT = dT − ( ) P dV dS = T ∂P T ∂T
T
1 γ −1 −1
P
V = const = const
γ
所以有：
T
γ γ −1
P
PV = const 或 ρ γ = const 又因为： PV = RT ，所以：
或
P
TV γ −1 = const
——多方气体的等熵关系，亦为绝热关系。
（12） 12
（10），（12）就是熵函数的一般表达式（微分形式）， 也可以写成积分形式：
dT ∂P S = S 0 + ∫ CV + ∫ ( )V dV T ∂T dT ∂V S = S0 + ∫ CP − ∫ ( ) P dP T ∂T
（13）
等熵关系的建立
对热完全气体（理想气体）： V = CV (T ) ，C P = C Pபைடு நூலகம்(T ) ， = RT C PV
dh = de + PdV + VdP = TdS + VdP
(4) (5) (6)
df = de − d (TS ) = − PdV − SdT
dg = dh − d (TS ) = VdP − SdT
e h 而： = e ( S , V ) ， = h ( S , P )，g = g ( P, T ) ， f = f (V , T ) ∂h ∂h ∂e ∂e dh = ( ) P dS + ( ) S dP de = ( )V dS + ( ) S dV ∂S ∂P ∂S ∂V
定义：
Cp Cv
=γ
R 又因为： CV = γ − 1
γR ， C P = γ − 1 ，代入（15）式：
（该式的来历见下面的讨论)
等熵关系的建立
S = R ln( T S = R ln( T
1 γ −1
V ) + const ) + const
γ γ −1
对绝热可逆过程：dS = 0 ， S = const
波的传播方向：波阵面的移动方向。 波的传播方向 波线： 波线：表明波动传播方向的射线，叫做波射线（波线）；在 各向同性的介质中波线与波面垂直。 波速： 波速：波面沿波线传播的速度叫做波的相速，简称波速 纵波：介质质点振动方向与波传播方向平行的波，冲击波是 纵波 纵波 横波： 横波：介质质点振动方向与波传播方向垂直的波，电磁波是 横波 波速：波阵面移动的速度（注意与质点振动速度的区别）（ 波速 扰动、振动传播，并不是质点传播） 小扰动与强扰动波： 小扰动与强扰动波
τ 若将活塞向左轻拉， 1 时刻，活塞位于 R1 位置， 则紧贴活塞的气体必然要 向真空带R1-R0区膨胀， 这种膨胀扰动在 τ 1 时刻 τ 0 R0 ’－A ’面。由 A1’ 影响到了A1 1 于膨胀作用（分子间距拉 大），扰动所到之处，状 态参数均下降，介质质点 τ 1 R R0 A1’ 1 的移动方向与扰动传播 ρ 0－△ρ，p0－△p （波运动）方向相反。
∂g ∂g dg = ( ) T dP + ( ) P dT ∂P ∂T
∂f ∂f df = ( ) T dV + ( )V dT ∂V ∂T
(7)
等熵关系的建立
将（2）的第一式、（4）、（5）、（6）与（7）的4个式子 比较有： ∂e ∂h ∂e ∂f T = ( )V = ( ) P P = −( ) S = −( )T ∂S ∂S ∂V ∂V
∂T ∂T
有：
CV dT ∂P + ( )V dV dS = ∂T T
（10）
若
S = S (T , P) ，h = h (T , P )
∂h ∂h ∂S ∂S dS = ( ) P dT + ( ) T dP ，dh = ( ) P dT + ( ) T dP （11） ∂T ∂P ∂T ∂P
dh = TdS + VdP = T (
（2）
比较（1）和（2）有： 又因为（定义）： (
∂e ∂S ) V = T ( ) V （热焓） ∂T ∂T h = e + PV （Helmholtz自由能）
（3）
f = e − TS
（Gibbs自由焓）
g = h − TS
等熵关系的建立
对焓、 Helmholtz自由能、 Gibbs自由焓的表达式分别微分：
3）1940年，Zeldovich，1942年，Von.Neumann和 1943年Doering各自独立对C－J理论的假设和论证作 了改进。 ZND理论要比C－J理论更接近实际情况。 上述两种理论被称为爆轰波的简单理论。 ——都是一维理论 4）上世纪50年代，通过实验的详细观察，发现爆 轰波波阵面包含复杂的三维结构，这种结构被解释 为入射波，反射波和马赫波构成的三波结构。
5 对双元子分子气体： f = 5 ，CV = 2 R
， γ = 1.4 ， γ = 1.33
对三元子分子气体：f = 6 ， CV = 3R
——r为多方指数或绝热指数adiabatic exponent）
自由度解释：决定一个物体位置所需要的独立坐标数,这里指 的是热力学自由度亦称准自由度，不同于一般的力学自由度。 等熵关系的建立： 等熵关系的建立 一般地：
V =( ∂h ∂g ) S = ( )T ∂P ∂P ∂f ∂g S = −( ) V = −( ) P ∂T ∂T
又因为：
∂e ∂e de = ( )V dS + ( ) S dV ∂S ∂V
—（8） （ e = e( S , V ) ）
de = TdS − PdV
所以：
∂e ∂e ∂( )V ∂( ) S ∂T ∂S ) = ( ) = ( ∂V ) = −( ∂P ) ( S S V V ∂V ∂V ∂S ∂S
等熵关系的建立
即： ( ∂T ) S = −( ∂P )V类似有： ∂V ∂S
∂T ∂V ( )S = ( )P ∂S ∂P
∂P ∂S ( )V = ( ) T ∂T ∂V
( ∂V ∂S ) P = −( ) T ∂T ∂P
——（9）（Maxwell关系） 将（9）的第二式代入（1）的第一式有： ∂S ∂P dS = ( )V dT + ( )V dV [（1）的第一式 dS = ( ∂S ) dT + ( ∂S ) dV ] V T ∂T ∂T ∂T ∂V 又由（3）式： ( ∂S ) V = ( ∂e ) V T = C V T，代入上式：
4 冲击波与爆轰波
冲击波（ 与爆轰波(detonationwave） 第四章 冲击波（shock wave)与爆轰波 与爆轰波 ） 爆轰(detonation)是炸药化学变化的基本形式，研究炸 药的爆轰，认识炸药的爆炸变化规律对合理使用炸药 和指导炸药的研制、设计等有重要的理论和实际意义 4.1 爆轰理论的形成和发展 1） 爆轰现象的发现：1881年，1882年，Berthlot， Vielle，Mallard和Le. Charelier在做火焰传播实验时首 先发现的。 2） 1899年，Chapman和Jouget，1905年～1917年对爆 轰现象作了简单的一维理论描述——C－J理论，这一 理论是借助气体动力学原理而阐释的。
若轻推活塞（向右），活 塞移动到位置R1，于是靠 近活塞、在R0-R1之间气体 受到压缩而移动到R1-A1之 间。 在R1-A1之间，介质状态参 数为ρ0＋△ρ，p0+△p ，而 A1-A1面右边的气体仍保持 原有的状态。介质质点的 运动方向与波面一至。
τ0
R1
A1
A1
τ1
ρ0＋△ρ，p0+△p
A1-A1：波阵面
S = S (T ,V )
，
e = e(T ,V )
∂S ∂S dS = ( )V dT + ( ) T dV ， de = ( ∂e ) dT + ( ∂e ) dV （1） V T ∂T ∂V ∂T ∂V
等熵关系的建立
对可逆过程：
∂S ∂S de = TdS − PdV = T ( ) V dT + T ( ) T dV − PdV ∂T ∂V
5）上世纪50～60年代，进行了大量的试验研究，实验结果显示 ：反应区末端状态参数落在弱解附近，而不是C－J参数，说明 实际爆轰比C－J理论和ZND模型更为复杂，同时开展了计算机 数值模拟。 6）上世纪50年代，Kirwood和Wood，推广了一维定常反应理论 ，指出定常爆轰具有弱解的可能性将随着流体的复杂性增加而 增加。弱解模型为实验数据与一维理论的偏离作出了一种理论 解释。 7）上世纪60年代开始，Erpenbeck提出了爆轰的线性稳定性理论 ，对一维爆轰定常解的稳定性（受扰动后，解是否稳定）进行 了分析。后来又有人提出“方波”稳定性理论。 本课程主要介绍简单理论
如果活塞在管子中央以一定频率作往返运动，则管中 气体将以一定频率交替地发生压缩和膨胀，介质质点 将在原来的位置振动，而波向左或右传播——声波— —弱压缩波与弱稀疏波的合成。 声波：弱扰动在介质中传播。
4.3 完全气体，量热完全气体与等墒关系
4.3 完全气体，量热完全气体与等墒关系 完全气体， 完全气体(perfect gas)：不考虑分子间的作用力和分子的体积， 完全气体 是一种理想化的气体，又称为理想气体。 PV 满足： = nRT 和 e = e(T ) ，CV = CV (T ) 世上无理想气体，热完全气体 热完全气体是真实气体在一定温度，压力 热完全气体 范围内的近似，即看成理想气体。 对于热完全气体 de = CV dT = CV (T )dT dh = C P dT = C P (T ) dT 热完全气体： ， 热完全气体 h = h(T ) e = e (T ) ， CV ， C P ， γ = C P = 1 + R ，（ C P − CV = R ） 在一定温度范围内 CV CV 保持不变。 但一般说来， CV = CV (T ) ， C P = C P (T ) C γ = P CV 对量热完全气体 量热完全气体(calorically perfect gas)： C P ， ， CV 保 量热完全气体 持不变的完全气体。 e = CV T h = C PT
第四章冲击起爆
统计数学观点，如50%爆炸能量表示临界能量：
其中
k——和炸药有关的常数；
两边取对数得：
：
炸药内部及飞片内部存在冲击阻抗。
设：
则
设飞片面积为1，时间亦为1。
则
（p—压力；A—面积=力； —时间）
（p—飞片产生的冲击波压力）
（D—冲击波阻抗）
则：
=常数
该式受下列因素影响：
1）炸药种类；
探针测试发现：
爆轰成长过程测定：硝基甲烷NM，冲击波推动炸药上移，炸药密度变大（能量密度加大） 产生，到A点炸药未受冲击波压缩时，炸药已开始爆轰，因而密度未增加，其爆速D< 。
特点：
1)从冲击波到爆轰波的过渡是突然发生的，两波轨迹线在分界点呈折线状；
2)在界面上的一层炸药受冲击波作用后，需经过一段时间延时再同时起爆；
由质量守衡定律：
（us——冲击波影响部分炸药质量）
代入 公式，则：
第二节非均相炸药冲击起爆
非均相特点：1）、界面多→冲击波有折射，反射发生；
2）多相→化学反应不可能同一。
热点温位置的不同，产生不同热点，不产生在同一界面上，因而上下左右前后有许多热点，属多点起爆机理。起爆深度的炸药在爆轰波前而消耗掉了。
第3段稳定对流燃烧
第4段低速爆轰Ⅱ阶段Ⅲ阶段是SDT
第5段高速爆轰
燃烧转爆轰过程：
激发能量→燃烧加速→压缩波→压力叠加→冲击波→爆轰
DDT =DST + SDT
燃烧转爆轰燃烧转冲击波冲击波转爆轰
影响DDT过程因素
1）炸药本身PbN6<PETN<TNT<工业炸药（由易到难）
2）密度
现实意义就是开展无起爆药雷管研究
爆炸的破坏形式及破坏力
.
25
V0
将方程（4-3B）绘在P-V图，得到一向上凹的曲线，
V
称为空气冲击波绝热曲线。
将方程（4-2A）绘在P-V图，得到一直线，称为波速线。
冲击绝热曲线方程和波速线
冲击波绝热曲线是不 同强度的冲击波通过同一 介质初态时，所达到的一 系列终态点联成的曲线， 而不是过程线。
冲击波的波速线是相 同的冲击波传过具有同一 初始状态的不同介质所达 到的终点状态的连线
.
29
§4.3 爆炸破坏力的计算 4.3.1 物理爆炸时破坏力的计算
介质为压缩气体时的计算
当带压容器内介质为压缩气体时，发生物理 爆炸时的破坏力，相当于该气体绝热膨胀时所作 的功，或按下式进行计算：
.
Hale Waihona Puke 30L1一气体容器的爆炸力，J； P一气体的压力(绝对压力)，Pa； V一容器的容积,m3；
K一气体的绝热指数，即气体的定压比热与定容比热之比，
.
2
它直接造成机械设备、装置、容器和建筑物 的毁坏和人员的伤亡，后果往往是严重的。
机械设备和建筑物被冲击后，会变成碎片飞 出。碎片一般在100m~500m内飞散，会在相当范 围内造成危险。在一些爆炸事故中。由于爆炸碎 片击中人体造成的伤亡常占较大的比例。
.
3
4.1.2 冲击波的破坏作用
冲击波的形 成
.
27
（5）冲击波的超压
冲击波的波阵面上的超压与产生冲击波的能量 有关。在其它条件相同的情况下，气体爆炸能量越 大，冲击波强度越大，波阵面上的超压也越大。
在平坦地形条件下，可按下式计算超压：
.
28
爆炸气体产生的冲击波是主体冲击波，它以爆 炸点为中心，以球面向外扩展传播。随半径增大， 波阵面表面积增大，超压逐渐减弱，最后超压(△P) 趋向于零，冲击波变成声波。
3.3炸药的爆轰理论
炸药径向间隙效应
视频1 视频2
可采取选用爆速大的炸药和大直径药 卷及坚固外壳等措施，实现稳定爆轰。
视频1
视频2
七、爆速的测定方法
炸药的爆速是衡量炸药爆炸性能的重 要标志量，也是目前可以比较准确测定的 一个爆轰参数。
测量方法 （1）导爆索法 （2）电测法 （3）高速摄影法
视频1 视频2
l
h
导爆索法测爆速
一、冲击波的基本概念
1、压缩波基本概念
P P
P1
P0 x
均 匀 区
扰 动 区
未扰 动区
P0 x
视频1
视频2
在无限长气筒活塞右侧充满压力为P0 的气体，当活塞在F力的作用下向右运动 时，活塞右侧气体存在三个区域： 压力为P1的均匀区 压力介于P1与P0之间的扰动区 压力仍为P0的未扰动区
视频1
视频2
视频1 视频2
2
1 0
使介质运动的力是波阵面两边的压力差 PH P0 在单位时间内流进波阵面的介质质量为 0 ( D u0 ) 其速度的变化为 ( D u 0 ) ( D u H ) u H u 0 根据动量守恒定律有：
PH P0 0 ( D u 0 )( u H u 0 )
已反应的药包
视频1 视频2
未反应的药包
1)炸药达到稳定爆轰前有 一个不稳定的爆炸区。
2)在特定的条件下，每种 炸药都会有一个不变的炸 药特征爆速Di。 3) 每种炸药都存在一个最 小的临界爆速Dc。波速低 于Dc后，冲击波将衰减为 音波而导致爆轰熄灭。
炸药包在冲击波激发下的爆轰过程
视频1 视频2
（2）爆轰波模型
H ( D u H )[ E H
爆轰波PPT课件
冲击波＋化学反应区＝爆轰波 “爆速”(detonation velocity)定义： 爆轰波沿炸药装药传播的速度------爆速。
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C-J理论
从λ=0到λ=1是瞬间完成的，期间没有时间间隔。用e(λ) 表示单位质量(或mol)的化学反应能，则e(λ)可写为：
e()(1)Q
比内能e可表示为: e e (P ,V ,) e (P ,V ) e ()
Q：炸药爆轰热(爆轰化学反应放出的热量),
e 1 (P 1 ,V 1 , 1 ) e (P 1 ,V 1 ),e 0 (P 0 ,V 0 , 0 ) e (P 0 ,V 0 ) Q
②在Ⅱ区， PP0 0 ， VV0 0 ， 对应于爆轰过程。
Ⅱ区， 爆轰
③在Ⅳ区，PP0 0 ，VV0 0 ， 对应于爆燃过程。
І区， 无物理 意义
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A(P0,V0)
Ш区，无物理 意义
பைடு நூலகம்
Ⅳ区，爆燃
V
第 13 页
对爆轰波， PP0 0 ，由（2）可知：D u0 与 u1 u0 同号，
说明爆轰波通过后，介质质点在爆轰波方向受到加速，如果
u0 0 ，则介质质点运动速度u1与D同向。
C、爆轰波绝热曲线——Hugoniot曲线（由3个守恒方程得到的 P－V关系在P－V平面上的几何表示）
（4）式在P－V平面上的曲线为双曲线：
e1
P1V 1 1
, e0 P0V01（爆轰前后均为理想气体，且 不变）
爆破工程--隧道爆破
炸药:是指在一定条件下，能够发生快速化学反应，放出巨大能量，生成大量气体产物，显示爆炸效应的化合物或混合物。
炸药爆炸的三要素：1、反应过程中释放大量的热能;2、反应过程必须高速进行；3、反应必须产生大量的气体.炸药的氧平衡及对爆生有毒气体的影响：炸药的氧平衡可分为如下三种情况：1、零氧平衡：炸药中的氧含量恰好能够使碳、氢元素完全氧化；2、正氧平衡：炸药中的含氧量使全部碳、氢元素完全氧化后还有剩余；3、负氧平衡：炸药中的含氧量不足以将碳、氢元素完全氧化.零氧平衡炸药中的碳氢含量与氧的含量恰好匹配，即碳、氢元素被完全氧化成二氧化碳和水，没有多余的氧，也没有多余的碳、氢;负氧平衡炸药的含氧量不足，将发生不完全氧化,爆炸中出现CO ，甚至产生固态碳;而正氧平衡炸药的含氧量过多，易出现NO 和NO2。
炸药的起爆:炸药在外能作用下发生爆炸上网过程称为起爆.感度：是指炸药在外能作用下发生爆炸的难易程度。
爆速：是爆轰波传播的速度爆热：炸药反应放出的热量V Q ，根据能量守恒定律有()()V Q V V P P e e +-+=-20020221爆温:爆轰产物温度t k k t 122+=,其中t 为爆温。
爆力:是表示炸药爆炸对周围介质整体的压缩、破坏和抛移等作用的能力。
猛度：是表示炸药爆炸对其邻近介质产生局部的压缩、粉碎或击穿作用的能力.殉爆:一个药包爆炸后，引起与它不相接触的邻近药包爆炸的现象。
殉爆距：主动药包引爆从动药包的最大距离.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，然后缓慢下降特征的一种高强度的压力波.爆轰波:是指在炸药中传播的、伴有化学反应区的特殊形式的冲击波。
两者的区别：1.、传播介质：爆轰波在一定量的炸药中传播，而冲击波一般不定；2、爆轰波有化学反应，而冲击波没有；3、爆轰波有能量补充，而冲击波没有;4、爆轰波状态参数恒定，而冲击波状态参数退。
分析影响炸药爆速的因素：1、药包直径。
2020燃烧爆炸基础-7-爆轰波
• 连续性方程：
ρ+dρ, p+dp ρ, p
d C dvx C
忽略二阶小量
d
C
dvx
C-dvx
C
动量守恒
p dp p C2 d C dvx 2 C2 C C dvx
d
h
vx2 2
0
dh vxdvx 0
能量守恒
dh C C dvx C 声Cd速vx 与的流关体系压？缩性
无火焰类型 (nonflame mode)
预混火焰 (premixed flame)
扩散火焰
爆炸极限自点
(diffusion flame) 火临界条件
反应混合物 发生自点火
2
• 爆轰理论的形成和发展
√(1)爆轰现象的发现：1881/1882年，Berthlot，Vielle，Mallard和Le. Charelier在做火焰传播实验时首先发现的。
√(2)1899年/1905～1917年 ， Chapman对爆轰现象作了简单的一维理论描 述（C-J理论），该理论是借助气体动力学原理而阐释的。
√(3)1940年，Zeldovich，1942年，Von.Neumann和1943年Doering各自独 立对C-J理论的假设和论证作了改进。
•
ZND理论要比C-J理论更接近实际情况。
，仅是x的函数，与时间t无关）。
质量守恒
平0面 D正激u0波 波前1 、D 波u后1 参数间的1基 本0关D D系u1u0
(1)
动量守恒 p1 p0 0 D u0 2 1 D u1 2 0 D u0 D u0 D u1
能量守恒
0 D u0 u1 u0
时 继，而在得2到73γ～。3当00p01K>1范0围M内pa，,c由V 于2波0.0阵8 面1.温883度很10高3 T，必27须3考J/虑m空ol气 K的 离，
冲击波与爆轰波 精品
第四章冲击波与爆轰波爆轰(detonation)是炸药化学变化的基本形式，是决定炸药应用的重要依据。
爆轰反应传播速度非常大，可达每秒数千米，反应区压力高达几十吉帕（几十万个大气压），温度也在几千K以上，爆轰的速度、压力、温度等决定着炸药的做功能力和效率。
研究炸药的爆轰现象和行为，认识炸药的爆炸变化规律对合理使用炸药和指导炸药的研制、设计等有重要的理论和实际意义。
在爆轰现象发现之前人们就建立了冲击波理论，后来在冲击波理论的基础上建立了描述爆轰现象的经典爆轰波理论，这个理论至今仍然是十分有用无法被替代。
炸药在爆炸过程中经常会产生一些波，如爆炸在炸药中传播时形成爆轰波。
爆轰产物向周围空气中膨胀时形成冲击波，爆轰波和冲击波过后，介质在恢复到原来状态的过程中会产生一系列膨胀波等，因而在研究炸药爆轰以及爆轰后对外界的作用时，始终离不开波。
爆轰的传播可以看成波动过程，具有波动的性质，简要介绍波的基础知识并回顾爆轰理论的发展过程和阶段对学习和掌握炸药的爆轰原理是有必要的。
4.1 爆轰理论的形成与发展（1）爆轰现象的发现：1881年、1882年，Berthlot，Vielle，Mallard和Le. Charelier 在做火焰传播实验时首先发现的。
他们的研究揭示，可燃气火焰在管道中传播时，由于温度、压力、点火条件等不同，火焰可以以两种完全不同的传播速度传播，一种传播速度是每秒几十—几百米，一种是每秒数千米，习惯上把前者称为爆燃，后者称为爆轰，可见爆轰也是一种燃烧—是一种迅速而激烈燃烧。
（2）1899年，1905～1917年，Chapman和Jouguet分别独自地对爆轰现象作了简单的一维理论描述（即C-J理论），这一理论是借助气体动力学原理而阐释的。
他们提出一个简单而又令人信服的假定，认为爆轰过程的化学反应在一个无限薄的间断面上瞬间完成，原始炸药瞬间转化为爆轰反应产物。
不考虑化学反应的细节，化学反应的作用如同外加一个能源而反映到流体力学的能量方程中，这样就诞生了以流体动力学和热力学为基础的、描述爆轰现象的较为严格的理论—爆轰波的C-J理论。
冲击波基本理论
——γ为多方指数或绝热指数adiabatic exponent）自 由度解释：决定一个物体位置所需要的独立坐标数，这里指的 是热力学自由度亦称准自由度，不同于一般的力学自由度。
等熵关系的建立： 一般地：
SS(T,V)
ee(T,V)
dS( T S)VdT(V S)TdV de(T e)VdT(V e)Td（V1） 对可逆过程： d e T d P S d T (V T S )V d T T ( V S )T d V Pd
冲击波传播时终点既满足波速线又满足冲击绝热线冲击波绝热曲线不是冲击压缩过程线只是具有初始状态受到冲击波压缩时一切可能到达的终态点在冲击绝热线上a点以上所对应的冲击波压缩波a点以下所对应的冲击波膨胀波点弱冲击波波速线与冲击绝热线相切音波202013170冲击波是强缩波是波速线斜a点以后的斜率均大于切线强冲击波e冲击波传播过程是熵增大的冲击波绝热线在等熵线过程线上方沿冲击波绝热线的熵值变化如上图所示分析由hugoniot由激波的hugoniot方程
⑥ 压缩波：波阵面到达之处，介质的状态（P、ρ、 T）参数增加的波称压缩波，波的传播方向与介质运动方 向相同。（图5.1）
⑦ 膨胀波（稀疏波）：波阵面到达之处，介质的状 态（P、ρ、T）参数减小的波称膨胀波，波的传播方向 与介质运动方向相反。 （下图5.2）
⑧ 音波：介质质点在原来的位置振动，而波
对定容过程，由（16）得：
CV
(
e T
)V
对定压过程，由（17）得：C P( T h)P( T e)PP ( V T)P（18）
因为：ee(V,T) ， VV(P,T)
所以： 即：
( T e)P( T e)V( V e)T( V T)P e e V
凿岩爆破工程精品课程讲义教程-4爆炸反应和爆轰理论
工艺原因
外界原因
爆炸热化学参数
爆热
热化学参 数
爆温
爆容
爆压
重点讲解爆热，其他三个热化学参数请同学们自学。
爆炸热化学参数-爆热
爆热
在炸药爆炸全 过程中，体积 保持不变，此 时所能生成的 热量，称为定 容爆热。
如果炸药爆炸 全过程中，压 力保持恒定， 此时所生成的 热量，称为定 压爆热。
爆炸过程十分迅速，从开始爆炸到结束时间内，气体产物来不及向周围扩散， 故爆炸过程可看成是定容过程。因此炸药的爆炸生成热通常是指定容爆热。
设炸药中氧化剂、还原剂两种成分的合适配比为：x、y
根据氧平衡值设计混合炸药配比
令 a、b、c为这两种成分和混合后炸药的O.B值。 则有：x+y=100%
ax+by=c 解得：x=（c-b）/（a-b）
y=（a-c）/（a-b) ②、三种成分的混合炸药的配比方法
设 K1、K2、K3分别代表混合炸药各成分的百分含量。 B1、B2、 B3分别代表这些成分各自的氧平衡值。 O.B为混合后的氧平衡值。 则：kI+k2+k3=1 B1.k1+B2.K2+B3.K3=O.B
炸药爆炸反应方程
❖ 爆炸化学反应速度非常快，温度和压力都很高， 并且瞬时都在变化，反应平衡程度不断改变。在 这种情况下，要精确测定反应终了瞬间爆轰生物 组成是十分困难的。因此，一般都采用近似的方 法建立爆炸化学反应方程，在此基础上确定爆轰 产物。
❖ 由于爆轰产物组成首先取决于炸药氧平衡，爆炸 化学反应方程是基于炸药的不同氧平衡建立的。
当c-(2a+b/2) ＞0时，为正氧平衡。 当c-(2a+b/2）=0时，为零氧平衡。 当c-(2a+b/2）＜0时，为负氧平衡。
爆炸空气冲击波的研究
关于爆破空气冲击波的研究1：空气冲击波炸药在空气中爆炸时，会将化学能转化为热能，产生高温高压的爆轰气体。
由于空气初始的大气压远远小于爆炸所产生的，所以周围的空气会被急剧的压缩，此时，密度和压强都会有跳跃式的升高，紧接着，会立刻迫使空气离开它原来的位置。
在空气的前沿产生了一个压缩状态的空气层，这个空气层会对周围的建筑物产生巨大的伤害。
这样一种能使介质的压力、密度、速度等参数发生急剧变化，产生陡立的波阵面，形成非周期性的脉冲，并以超音速传播的机械波叫做冲击波。
冲击波虽然以极高的速度传播，在运动的过程中由于能量的传递和损耗，速度衰减得很快，当波阵面压力降至周围气体压力时，波阵面并没有停止运动，由于惯性作用而继续运动，一直到速度衰减为零。
此时，波阵面的平均压力低于周围介质的压力，会出现负压区，出现负压后，周围介质反过来对波阵面进行第一次压缩，使其压力不断增加。
因此，冲击波传播过程中波阵面压力是迅速衰减的，并且初始阶段衰减快，后期衰减渐缓。
理想爆炸波与时间曲线2:稀疏波介质状态参数压力P ，密度ρ，温度T 均下降的波，特点是质点的移动方向与波的传播方向相反，弱扰动。
由它的性质得：min 001P P P =＜＜；min min 00P P P ∆-=＜由布罗德的理论工作和试验研究可近似关系，min 0.35P R R ∆-=, ＞1.6带入数据：7.0535.035.0min -=-=-=∆Rp 6.1≥R 3:超压计算炸药在空气自由场中爆炸时，影响空气爆炸冲击波波阵面超压如的因素主要有：炸药的能量E 0，空气初始状态下的压力P 0，密度ρ以及传播的距离R,用数学形式可表示:000(,,,)p f E p R ρ∆=。
一般来说，炸药的能量0E 可用其质量W 乘以爆热V Q ，将上式化作爆炸相似律公式，可表达为：)(3RW f P =∆ Q v 为爆热，指炸药在爆炸分解时释放出的热量。
爆热等于炸药的反应热，与爆炸产物的生成热之差。