1、5.3 爆轟波基本知識 （氣體爆轟入手） 理論基礎：氣體動力學原理 爆轟波是帶有化學反應的沖擊波，爆轟過程即是爆轟波的傳播過程。（經典理論: chapmam &Jouguet 1819世紀提出）(chapmam &Jouguet卡普曼- 柔格（儒格）)幾點假設： 爆轟波為無限寬的準平面波，厚度忽略突躍間斷面 爆轟波傳播過程沒有能量耗散過程，不考慮粘性，傳熱等能量損失。 化學反應瞬間完成，釋放出來的能量全部用來支持爆轟波的自行傳播 爆轟波即是含有化學反應能量支持的沖擊波，爆轟波具有穩定的傳播特性，直到反應結束。一、爆轟波C-J理論 三大定律 質量守恒（物質不滅） 5-28 動量守恒（動量的變化等

2、于外力作用的沖量） 5-28二、爆轟波C-J方程（基本關系式） 能量守恒（內能的變化等于對外所作的功） 5-30 化簡 （5-34）還可推導出（基本關系式） 爆轟波米海爾遜直線（波速線） 爆轟波雨果尼奧曲線QV單位質量，單位時間，單位面積的爆轟熱 氣體爆轟波穩定傳播條件（理論研發的結果）（1）卡普曼提出：對應于所有實際爆轟可能穩定傳播的爆轟波速度為最小的速度。即為爆轟產物所處的狀態是雨果尼奧曲線與米海遜直線相切點所確定的狀態。（2）柔格提出：爆轟波相對于爆轟產物的傳播速度等于爆轟產物中的音速即 或三、C-J條件（1）雨果尼奧曲線 對于反應區中，放出的化學能QV只是一部分，若為未反應物質量百分比

3、，則能量方程可寫成可變換為在P-V圖中雨果尼奧曲線，隨（未反應物質質量百分比減少）曲線位置高移。四、P-V圖（2）米海爾遜直線由波速方程（米海爾遜方程）變換得由此可看出，直線的斜率與波VD有關可得一族經過初好狀態（P0、V0）的直線D1線 VD1D2線 VD2 VD1VD2PCJ M點稱為爆轟C-J點 MB段斜率較小稱弱爆轟段 CM段斜率較大稱強爆轟段 BD段無意2段PP0 V2V0，此時VD為虛數，不代表任何實際過程。 CM段 P2P0 V20） VD，u2均大于0 與爆轟波傳播特點相同MB段即質點運動方向與波傳播方向相反，符合燃燒過程的特征。稱燃燒段。 E點稱為燃燒 C-J點 VVCJ 稱

4、強燃燒段 B點 V2=V0 ；VD定容絕熱爆炸 D點 P2=P0 ；VD u0=0表示無限緩慢的燃燒五個線段（CM、MB、BD、DE、EF）和四個點（M、E、B、D）的意義要搞清楚。 DE段 EF段燃燒段 P2V0（P20 u2VD強爆轟段，爆轟波后的膨脹波能趕上爆轟波進入反應區。削弱前沿沖擊波，引起爆轟速度的降低，波速線斜率減少，直到M點。LM段u+cC0。爆轟波相對于波后質點的速度，在強爆轟時為亞音速，即VDu2C2。 6.爆轟波曲線高于沖擊波絕熱曲線 五、C-J點的重要性質例證4 由波速方程 由質量守恒方程： 利用C-J點的性質 或證明六、氣體炸藥爆轟參數計算（ ）八個參數前提： 1.

5、假定爆轟波通過前后，介質服從理想氣體狀態方程。 2. 爆炸物與產物的多方指數相當。 基本方程組，理想氣體爆轟計算，爆熱爆速的計算氣體爆轟參數簡化計算公式 ， 理論爆炸溫度，由熱化學計算 M爆轟產物平均相對分子量 例1 P99 甲烷與空氣混合物爆轟參數計算Z-N-D模型： Z捷爾道維奇Zeldovich（蘇） N馮諾曼Von Neuman（美） DW杜林 W Doring（德）（1）問題提出 C-J理論的爆轟參數關系式與該聚炸藥實驗結果有一定偏差C-J理論簡化可能過多，爆轟波畢竟存在一個有一定寬度的化學反應區，化學反應亦不是瞬間完成的。七、凝聚炸藥的爆轟過程（2） Z-N-D 模型的基本假定 1

6、）流動是一維的 （ii）爆轟波的前沿是一個無化學反應的沖擊波，沖擊波為跳躍間斷，波后是一連續的不可逆的以有限速率進行的化學反應區。 （iii）在化學反應區內，介質質點卻處于局部、迅速、部分的熱動力平衡，只是尚未達到化學平衡。 核心：存在一個反應區 表示：爆轟波=沖擊波陣面+化學反應區 沖擊波陣面炸藥的參數突躍，無化學反應化學反應區中進行化學反應，壓力爆炸產物的膨脹為止（化學反應區的初態就是沖擊波波的狀態11面）終態就是爆轟結果的狀態2-2面對于穩定爆轟，即對應于C-J點狀態，即vD=u2+C2實驗證明反應區寬度為mm數量級 ；化學反應時間10-610-8 （P105表）2 反應區內的基本方程組

7、 三個守恒方程 化學反應分數 為l個反應率方程 ri為第j個化學反應分數 所對差（j=1,2,l）的反應速率方程給定一組反應速率 就可確定一個反應分數在p-V圖上，可畫出一條雨果尼奧曲線。 =0，對應沖擊波波雨果尼奧曲線 =1，對應完全反應雨果尼奧曲線 =01，對應中間凍結態雨果尼奧曲線 例：某反應速率方程可以導出反應區參數的時空參數。 按照炸藥的化學組成結構以及裝藥的物理狀態上的差異，凝聚炸藥的爆轟反應機理，分3種類型：整體反應機理，表面反應機理和混合反應機理。5.4 凝聚炸藥爆轟反應機理（1）整體反應機理（均勻灼熱機理） 在強烈沖擊波的作用下，波陣面上的炸藥受到強烈的絕熱壓縮，受壓縮的炸藥

8、層各處都均勻地升到很高的溫度，因而化學反應在反應區的整個體積內進行（較難起爆）。 這類反應的炸藥一般是均質炸藥，即炸藥裝藥是任何一體積內其成分和密度都是相同的，不含氣泡的液體炸藥；接近晶體密度（致密）的固體炸藥（如鑄裝炸藥或壓裝密度很高的粉狀炸藥）。 爆速6000ms-1，波陣面溫度1000才能激起凝聚炸藥的整體反應。 具有熱爆炸的特點，（以后起爆機理介紹） （2）表面反應機理（不均勻灼熱機理） 在沖擊波作用下，波陣面上的炸藥受到強烈地壓縮，但在被壓縮的炸藥層中溫度的升高是不均勻的，化學反應首先從被稱為“起爆中心或熱點”的地點開始，進而傳到整個炸藥層，由于起爆中心容易在炸藥顆粒表面以及炸藥中所

9、含有的氣泡中，因而這種反應機理稱表面反應機理。 這類反應多發生在固體粉狀炸藥，晶體炸藥，含有大量氣泡的液體炸藥和膠質炸藥。 炸藥中含有微少氣泡，受到沖擊絕熱壓縮。 炸藥質點的運動速度不同而產生的摩擦或變形。 炸藥氣體產物的滲透使炸藥的顆粒表面加熱。 炸藥晶體在切面剪應力作用下發生表面局部缺陷的湮沒而成形熱點。 由于沖擊波在炸藥中產生的流體動力學現象，如射流作用，正規碰撞，馬赫碰撞，空穴崩解。 在沖擊波作用下炸藥發生層裂，相變和相互碰撞形成熱點。 “起爆中心”有以下主要形成途徑：（3）混合反應機理熱分解-氣相反應 這是物質不均勻混合炸藥，尤其是固體混合炸藥（氧化劑+可燃劑）所特有的。 首先易分解

10、的成分在沖擊壓縮作用下發生分解生成氣體，然后再和其他未反應的成分相互作用完成爆轟反應，或者各組分以各自不同的速度，單獨進行分解，然后分解的氣體產物之間相互作用完成反應。 同氣體炸藥爆轟參數計算 I方程組 或 狀態方程不同5.5凝聚炸藥爆轟參數計算 阿爾系余容狀態方程式（考慮分子自身的體積） 氣體模型 或 P109式（553） 余容內彈道理論采用。（1）幾種產物狀態方程 泰勒-維里型展開式（維里狀態方程式） 氣體模型或（555） B-K-W狀態方程式 氣體模型（558） 蘭道-斯達紐柯維奇方程式（考慮分子熱運動與振動）固體模型（559） L-T-D方程 液體模型（566）計算過程非常復雜，一般需

11、計算機計算。 （根據C-J條件）利用P-V圖。 （略）(2）理論計算（工程上常用） （已知 ） 狀態方程采用等熵方程 絕熱指數 確定絕熱指數 產物中之成分的mol分數 產物中之成分的多方指數（3）近似計算常見產物的絕熱指數 爆轟參數（ ）可計算 例1 P116（1）炸藥的性質與組成（反應機理理解） 不同炸藥爆轟速度不同 混合炸藥 2000-4000ms-1 單質猛炸藥 4000-7000ms-1 （2）裝藥藥條件 直徑，膨脹波 密度 外殼 顆粒度 （3）起爆沖量 曲線1低于臨界爆速不能引發 炸藥所加速化學反應衰減音波。 曲線2，3高于臨界爆速 曲線4，5高于穩定爆速 衰減穩定爆轟 高于臨界爆速 衰減音波 5.6 凝聚炸藥起爆與傳播影響因素引爆爆轟的兩個必要條件： 起爆沖擊波速度要高于被起爆裝藥的臨界爆速（主裝藥有關） 化學反應中所釋放的能量能支持爆轟波陣面的傳播能量損失，使其保持一定的沖擊壓力（被裝藥有關） P133135 5.7 高速爆轟與低速爆轟現象高速爆轟與低速爆轟現象低速爆轟向高速爆轟轉化5.8 爆轟波參數的實驗測定1 爆速測定（p117120)（1）比較法導爆索法（