爆炸的破壞形式及破壞力PPT課件

1、.,1,第4講 爆炸的破壞形式及破壞力,.,2,4.1 爆炸的破壞形式,爆炸的破壞形式通常有直接爆破作用、沖擊波的破壞作用和火災等三種。,4.1.1 直接的爆破作用,爆炸物質(zhì)爆炸后對周圍設備和建筑物的直接的破壞作用。 這種破壞作用的大小決定于爆轟波陣的壓力和爆炸壓力的大小以及爆炸產(chǎn)物在作用目標上所產(chǎn)生的沖量。,.,3,它直接造成機械設備、裝置、容器和建筑物的毀壞和人員的傷亡，后果往往是嚴重的。 機械設備和建筑物被沖擊后，會變成碎片飛出。碎片一般在100m500m內(nèi)飛散，會在相當范圍內(nèi)造成危險。在一些爆炸事故中。由于爆炸碎片擊中人體造成的傷亡常占較大的比例。,.,4,爆炸物質(zhì)爆炸時產(chǎn)生的高溫高壓

2、氣體產(chǎn)物以極高的速度膨脹，象活塞一樣擠壓其周圍空氣，把爆炸反應釋放出的部分能量傳給這壓縮的空氣層，空氣受沖擊而發(fā)生擾動，使其壓力、密度等產(chǎn)生突躍變化，這種擾動在空氣中傳播就成為沖擊波。,4.1.2 沖擊波的破壞作用,沖擊波的形成,.,5,沖擊波的傳播速度極快，它可以在周圍環(huán)境中的固體、液體、氣體介質(zhì)(如金屬、巖石、建筑材料、水、空氣等)中傳播。 在傳播過程中，可以對周圍環(huán)境中的機械設備和建筑物產(chǎn)生破壞作用和使人員傷亡。沖擊波還可以在它的作用區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生震蕩作用，使物體因震蕩而松散甚至破壞。,沖擊波的破壞,.,6,沖擊被的破壞作用主要是由其波陣面上的超壓引起的。在爆炸中心附近，空氣沖擊被波陣面上的

3、超壓可達幾個甚至十幾個大氣壓。沖擊波在傳播過程中超壓降低很快。,空氣沖擊波壓力曲線,.,7,表3-10 不同超壓沖擊波對建筑物的破壞程度,.,8,為防止沖擊波對周圍建筑物的破壞，可確定一個距爆炸物質(zhì)存放地點的安全距離。安全距離可參考下式進行計算：,Rs周圍建筑物距爆炸物質(zhì)的安全距離，m； Wb 炸藥重量（kg） K一安全系數(shù)。安全系數(shù)K的值決定于建筑物所要求的安全等級及周圍有無防爆土圍墻。K值參見表3-11。,.,9,.,10,通過動物試驗得知，沖擊波對人體的傷害作用主要是破壞人體血管、肺細胞及支氣管，亦能傷害胃腸及隔膜。,沖擊波對人損傷程度,.,11,普通炸藥在空氣中爆炸，使人致死距離可按下

4、式估算：,Rm使人致死距離，m；,.,12,爆炸發(fā)生后，爆炸氣體產(chǎn)物的擴散只發(fā)生在極其短促的瞬間，對一般可燃物來說，不足以造成起火燃燒，而且沖擊波造成的爆炸風且還有滅火作用。但是建筑物內(nèi)遺留大量的熱或殘余火苗，會把從破環(huán)的設備內(nèi)部不斷流出的可燃氣體或易燃、可燃液體的蒸氣點燃，也可能把其它易燃物點燃引起火災。,4.1.3 造成火災,.,13,（1）壓縮波的基本概念,F,4.2 沖擊波,.,14,在無限長氣筒活塞右側(cè)充滿壓力為P0的氣體，當活塞在壓力F的作用下向右運動時，會在活塞中產(chǎn)生一個自左向右傳播的波，擾動傳播后，使介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)(P、T)增加，這樣的波稱為壓縮波。反之，波陣面過后使介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)

5、(P、T)降低的波，稱為稀疏波。,聲波擾動區(qū)內(nèi)介質(zhì)質(zhì)點運動是振動的， 即有周期性，有壓縮也有稀疏， 所以既不是壓縮波也不是稀疏波。,聲速,對于理想氣體,.,15,以上提到的壓縮波、稀疏波以及聲波，都有一個共同特點：波陣面處的狀態(tài)參數(shù)是個微分量，未擾動區(qū)到擾動區(qū)的狀態(tài)參數(shù)是漸變的，這種擾動稱為弱擾動，這些波都稱為弱擾動波。 弱擾動波的波速度均等于該介質(zhì)中的聲速。,.,16,（2）沖擊波的形成,.,17,當活塞從靜止狀態(tài)向右作等加速度運動時，活塞右側(cè)鄰近的介質(zhì)首先受到壓縮，壓力、密度增大，這種狀態(tài)的變化向右傳播開去，形成一右行弱壓縮波。 當活塞再作等加速運動時，則在已經(jīng)被第一個弱壓縮波擾動過的介質(zhì)

6、中又有一個新的弱壓縮波傳播。 顯然，倘若活塞做連續(xù)等加速度運動，便有一系列相應的弱壓縮波向右傳播，介質(zhì)狀態(tài)發(fā)生連續(xù)的變化。,.,18,可見，當活塞做連續(xù)加速運動時，在其右側(cè)便產(chǎn)生一系列的壓縮波，并且后者的波速大于前者的波速，后波追趕前波，一旦后面的壓縮波都趕上了第一個波，便迭加形成了壓力突躍升高的沖擊波，它的波陣面是突躍面，波陣面上壓力、密度、溫度和介質(zhì)運動速度等參數(shù)都突躍升高。 由此得出，沖擊波是波陣面過后，介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)突躍變化的一種強壓縮波。 波陣面的傳播速度稱為沖擊波波速。,.,19,現(xiàn)分析每道波的波速。,第1道波：,第2道波：,第n道波：,根據(jù)壓縮波特性，顯然有：,所以,.,20,如果

7、這時活塞速度不變，繼續(xù)向右運動，則波陣面壓力、波速等沖擊波參數(shù)保持恒定，即沖擊波定常傳播。但是，若活塞停止運動，沖擊波的傳播不能連續(xù)得到外部能量的支持，即形成沖擊波的自由傳播。這時，在沖擊波傳播過程中，波速即行下降，波陣面壓力等參數(shù)相應衰減，直至變成為聲波（或應力波）。 由此得出，沖擊波傳播過程中要保持其固定的波速和波陣面的壓力，則必須不斷從外部獲得能量的補充。,.,21,平面正沖擊波的傳播,（3）沖擊波的基本方程,.,22,根據(jù)質(zhì)量守恒定律，單位時間內(nèi)流入與流出波陣面的物質(zhì)的質(zhì)量相等。即：,根據(jù)動量守恒定律，運動物體動量的變化等于外力作用的沖量。：,由能量守恒定律：系統(tǒng)內(nèi)能量的變化應等于外力

8、所做的功，介質(zhì)的能量是其內(nèi)能和動能之和。,（4-1）,（4-2）,（4-3）,.,23,單位時間內(nèi)從右邊流入波陣面的介質(zhì)的能量：,向左流出波陣面的介質(zhì)能量為：,右邊的未擾動的介質(zhì)壓力所做的功,左邊介質(zhì)壓力所做的功,.,24,整理經(jīng)變換之后，可得沖擊波基本方程：,其中 V為比容：,（4-1A）,（4-2A）,（4-3A）,.,25,如果介質(zhì)為理想氣體，則其狀態(tài)方程為：,理想氣體的內(nèi)能為：,代入（4-3A）得：,（4-4）,（4-3B）,其為理想氣體的沖擊波絕熱方程或Hugoniot方程。其中絕熱指數(shù)， ，一般取1.4.,.,26,將方程（4-3B）繪在P-V圖，得到一向上凹的曲線，稱為空氣沖擊波

9、絕熱曲線。,沖擊絕熱曲線方程和波速線,將方程（4-2A）繪在P-V圖，得到一直線，稱為波速線。,沖擊波絕熱曲線是不同強度的沖擊波通過同一介質(zhì)初態(tài)時，所達到的一系列終態(tài)點聯(lián)成的曲線，而不是過程線。 沖擊波的波速線是相同的沖擊波傳過具有同一初始狀態(tài)的不同介質(zhì)所達到的終點狀態(tài)的連線,.,27,（4）沖擊波特點： （1）沖擊波波陣面前后介質(zhì)狀態(tài)在極小范圍內(nèi)發(fā)生突躍變化，其差值為有限量； （2）沖擊波傳播速度永遠大于未擾動介質(zhì)中的聲速；對于已擾動介質(zhì)，其傳播速度小于該介質(zhì)當?shù)芈暡ㄋ俣龋?（3）沖擊波波速與其強度有很大關系，而聲波則不然。 （4）沒有外界能量的支持，沖擊波傳播因消耗能量而逐漸衰減為音波而趨

10、于消失。,.,28,沖擊波的波陣面上的超壓與產(chǎn)生沖擊波的能量有關。在其它條件相同的情況下，氣體爆炸能量越大，沖擊波強度越大，波陣面上的超壓也越大。 在平坦地形條件下，可按下式計算超壓：,（5）沖擊波的超壓,.,29,爆炸氣體產(chǎn)生的沖擊波是主體沖擊波，它以爆炸點為中心，以球面向外擴展傳播。隨半徑增大，波陣面表面積增大，超壓逐漸減弱，最后超壓(P)趨向于零，沖擊波變成聲波。,.,30,4.3.1 物理爆炸時破壞力的計算,4.3 爆炸破壞力的計算,當帶壓容器內(nèi)介質(zhì)為壓縮氣體時，發(fā)生物理爆炸時的破壞力，相當于該氣體絕熱膨脹時所作的功，或按下式進行計算：,介質(zhì)為壓縮氣體時的計算,.,31,L1一氣體容器

11、的爆炸力，J； P一氣體的壓力(絕對壓力)，Pa； V一容器的容積,m3； K一氣體的絕熱指數(shù)，即氣體的定壓比熱與定容比熱之比，想氣體的K值，1K5/3；單、雙、三原子氣體K值見表4-7、常用氣體K值見表4-8。,.,32,.,33,通常用液體加壓時所做的功作為常溫液體壓力容器爆炸時釋放的能量，計算公式如下：,介質(zhì)全部是液體時的計算,式中 W一常溫液體壓力容器爆炸時釋放的能量，J； P一液體壓力，kgfcm2(絕對)； V一容器容積，cm3； t液體在壓力P和溫度t下的壓縮系數(shù)，cm2kgf。,.,34,4.3.2 化學爆炸破壞力的計算,理論計算的三點假論： 爆炸物質(zhì)的爆炸過程是一定容過程；

12、爆炸過程是絕熱過程； 爆炸產(chǎn)物的熱容只是溫度的函數(shù)。 根據(jù)反應熱來計算最高爆炸溫度步驟： （1）寫出爆炸反應方程式； （2）爆炸產(chǎn)物的平均熱容； （3）由熱平衡式計算最高爆炸溫度。,爆炸的最高溫度計算,.,35,由于爆炸的氣體產(chǎn)物溫度很高，可以用氣體狀態(tài)方程計算最高爆炸壓力。,爆炸的最大壓力計算,爆炸后：,由以上兩式可得：,.,36,.,37,.,38,爆炸壓力的測試系統(tǒng)見圖3-3所示。,爆炸的最大壓力測定,.,39,爆炸容器為一個容積為10L的中空球體，球體壁上安有測壓傳感器，點火電極設在球體中心。實驗首先將爆炸容器抽真空，充入可燃氣體，用單管水銀壓力計控制可燃氣充入量，再充入空氣至1atm

13、。由半導體溫度計測出混合氣體的初始溫度，再由觸發(fā)電路使電極點火，使爆炸容器內(nèi)的混合氣體發(fā)生爆炸。用壓力傳感器記下壓力，并同時記下時間標。這樣即可同時測出最大爆炸壓力和壓力上升速度。,.,40,可燃氣體或蒸汽產(chǎn)生最大爆炸壓力的濃度是一個定值，它比化學計算濃度高一些。 測試出的七種可燃氣體的最大爆炸壓力和壓力上升速度列于表3-7中。,爆炸性混合氣體的爆炸壓力越高、壓力上升速度越快，則其安全性越差，危險性越大。,.,41,爆炸能量估算,化學反應所放出的能量可根據(jù)參與反應的可燃氣體量和它的燃燒熱(高發(fā)熱值)直接計算得到：,E化學爆炸時的爆炸能量（kJ）； V參與反應的可燃氣體在標準狀態(tài)下的體積，m3；

14、 QV可燃氣體的發(fā)熱值；,.,42,可是，在大多數(shù)情況下，參與反應的可燃氣體的量是難以計量的。因此，要進行計算必須首先估計參與反應的可燃氣體量。 如果混合氣中含氧量充裕，就只要估計可燃氣體量； 如果可燃氣濃度很高，含氧濃度低，不能充分燃燒，就要估算能與氧反應的可燃氣體量。 由估算出的可燃氣體量計算出的爆炸能量也是一個估算值。,.,43,4.4 影響爆炸破壞作用的因素,爆炸物質(zhì)在爆炸瞬間釋放出爆炸能量，這種能量以熱、光、壓力上升、機械功和沖擊波等形式出現(xiàn)，它們具有巨大的破壞作用。 破壞力的大小與下列因素有關：,爆炸物的性質(zhì)和數(shù)量,顯然，爆炸物質(zhì)的數(shù)量越多，爆炸威力越大，其破壞作用也越大。,.,44,爆炸物質(zhì)的溫度、初期壓力、混合均勻程度、以及點火源和起爆能等。 爆炸物質(zhì)的溫度和初期壓力對爆炸的發(fā)生具有重要影響。顯然，溫度越高，壓力越大，它的破壞作用也越大。 對于多組分混合而成的爆炸物質(zhì)，混