爆轟理論下資料

會計學1爆轟理論下資料(chapmam&Jouguet卡普曼-柔格（儒格）)幾點假設：①爆轟波為無限寬的準平面波，厚度忽略突躍間斷面②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。③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(wěn)定的傳播特性，直到反應結束。一、爆轟波C-J理論第1頁/共48頁

三大定律

①質量守恒（物質不滅）

5-28②動量守恒（動量的變化等于外力作用的沖量）

5-28二、爆轟波C-J方程（基本關系式）第2頁/共48頁③能量守恒（內能的變化等于對外所作的功）

5-30

化簡

（5-34）第3頁/共48頁還可推導出（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

第4頁/共48頁—氣體爆轟波穩(wěn)定傳播條件（理論研發(fā)的結果）（1）卡普曼提出：對應于所有實際爆轟可能穩(wěn)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(tài)是雨果尼奧曲線與米海遜直線相切點所確定的狀態(tài)。（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條件第5頁/共48頁（1）雨果尼奧曲線對于反應區(qū)中，放出的化學能QV只是一部分，若β為未反應物質量百分比，則能量方程可寫成可變換為∴在P-V圖中雨果尼奧曲線，隨β↓（未反應物質質量百分比減少）曲線位置高移。四、P-V圖第6頁/共48頁（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(tài)（P0、V0）的直線D1線VD1D2線VD2VD1<VD2<VD3D3線VD3

注意：雨果尼奧曲線中并不是所有線段與爆轟過程相對應只表示反應剛結束時生成物所處的狀態(tài)。第7頁/共48頁（3）各線段點的意義

爆轟波雨果尼奧曲線代表爆轟挑臺應結束時生成物所處的狀態(tài)。

A（P0，V0）作等壓線與等容線分別交雨果尼奧曲線于B、D點，同時該曲線的兩條切線相切于M、E點。∴雨果尼奧曲線為五段：CM、MB、BD、DE、DF第8頁/共48頁∴該段各點符合爆轟過程∴稱為爆轟段：此線段上各點表示該爆轟產物在反應剛完成時的狀態(tài)。P>PCJM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③BD段——無意2段∵P>P0V2>V0，此時VD為虛數(shù)，不代表任何實際過程。①CM段P2>P0V2<V0（ρ2>ρ0）VD，u2均大于0與爆轟波傳播特點相同②MB段第9頁/共48頁即質點運動方向與波傳播方向相反，符合燃燒過程的特征?！喾Q燃燒段。

E點稱為燃燒C-J點

V<VCJ

稱弱燃燒段

V>VCJ

稱強燃燒段

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。

④DE段⑤EF段燃燒段P2<P0V2>V0（P2<P0）VD>0u2<0第10頁/共48頁∵由方程可知①爆轟產物的狀態(tài)應沿著波速線變化（爆轟速度一定）②爆轟產物的狀態(tài)必須在雨果尼奧曲線爆轟段上。∴

波速線上與對應的沖擊絕熱線應該有相交與相切的情況。

（4）穩(wěn)定爆轟傳播條件第11頁/共48頁a.相交情況

KM段∵u+c>VD強爆轟段，爆轟波后的膨脹波能趕上爆轟波進入反應區(qū)。∴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+c<VD弱爆轟段，爆轟波中反應區(qū)擾動落后于爆轟傳播速度，∴反應區(qū)將逐漸拖長，反應放出的能量不集中，不能供給波陣面以足夠的能量，結果必須削弱爆轟波波速，也不穩(wěn)定，波速線斜率↓直到M點。第12頁/共48頁b.相切情況

u+c=VDM點，反應放出的能量正好支持反應的穩(wěn)定傳播，即該點的膨脹波（或稀疏波）的傳播正好等于爆轟波向前推進的速度。∴M點是穩(wěn)定傳播點，M點即是穩(wěn)定傳播爆轟的條件，即C-J條件。第13頁/共48頁1.C-J是爆轟波雨果尼奧曲線（爆轟波絕熱線），米海遜線（爆轟波波速線）和過該點等熵線的公切點：即

2.C-J點是爆轟波雨質組曲線上熵值最小的點，即

3.C-J點是過該點米海遜線上熵值最大的點。

4.C-J是處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，VD－u2=C2或VD=u2+C25.爆轟波相對于波前質點的速度為超音速，即VD－u0>C0。爆轟波相對于波后質點的速度，在強爆轟時為亞音速，即VD－u2<C2，對于弱爆轟時為聲速的，即VD－u2>C2。

6.爆轟波曲線高于沖擊波絕熱曲線

五、C-J點的重要性質第14頁/共48頁[例證4]

由波速方程

由質量守恒方程：∴

利用C-J點的性質∴

或∴證明第15頁/共48頁六、氣體炸藥爆轟參數(shù)計算（）八個參數(shù)前提：

1.假定爆轟波通過前后，介質服從理想氣體狀態(tài)方程。

2.爆炸物與產物的多方指數(shù)相當。第16頁/共48頁Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ

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(shù)簡化計算公式

第17頁/共48頁

，—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(shù)計算第18頁/共48頁Z-N-D模型：

Z—捷爾道維奇Zeldovich（蘇）

N—馮·諾曼VonNeuman（美）

D—W·杜林WDoring（德）（1）問題提出

C-J理論的爆轟參數(shù)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(qū)，化學反應亦不是瞬間完成的。七、凝聚炸藥的爆轟過程第19頁/共48頁（2）Z-N-D模型的基本假定

1）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(xù)的不可逆的以有限速率進行的化學反應區(qū)。（iii）在化學反應區(qū)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(qū)表示：爆轟波=沖擊波陣面+化學反應區(qū)沖擊波陣面炸藥的參數(shù)突躍，無化學反應第20頁/共48頁化學反應區(qū)中進行化學反應，壓力↓→爆炸產物的膨脹為止（化學反應區(qū)的初態(tài)就是沖擊波波的狀態(tài)1－1面）終態(tài)就是爆轟結果的狀態(tài)2-2面對于穩(wěn)定爆轟，即對應于C-J點狀態(tài)，即vD=u2+C2實驗證明反應區(qū)寬度為mm數(shù)量級；化學反應時間10-6~10-8

（P105表）第21頁/共48頁2反應區(qū)內的基本方程組三個守恒方程第22頁/共48頁——化學反應分數(shù)為l個反應率方程

ri為第j個化學反應分數(shù)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(shù)第23頁/共48頁在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

=0~1，對應中間凍結態(tài)雨果尼奧曲線

例：某反應速率方程第24頁/共48頁可以導出反應區(qū)參數(shù)的時空參數(shù)。第25頁/共48頁

按照炸藥的化學組成結構以及裝藥的物理狀態(tài)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第26頁/共48頁（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，受壓縮的炸藥層各處都均勻地升到很高的溫度，因而化學反應在反應區(qū)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>6000m·s-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）

第27頁/共48頁（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(fā)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。

第28頁/共48頁①炸藥中含有微少氣泡，受到沖擊絕熱壓縮。②炸藥質點的運動速度不同而產生的摩擦或變形。③炸藥氣體產物的滲透使炸藥的顆粒表面加熱。④炸藥晶體在切面剪應力作用下發(fā)生表面局部缺陷的湮沒而成形熱點。⑤由于沖擊波在炸藥中產生的流體動力學現(xiàn)象，如射流作用，正規(guī)碰撞，馬赫碰撞，空穴崩解。⑥在沖擊波作用下炸藥發(fā)生層裂，相變和相互碰撞形成熱點?！捌鸨行摹庇幸韵轮饕纬赏緩剑旱?9頁/共48頁（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。首先易分解的成分在沖擊壓縮作用下發(fā)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。第30頁/共48頁

同氣體炸藥爆轟參數(shù)計算

I→Ⅴ方程組

或

狀態(tài)方程不同5.5凝聚炸藥爆轟參數(shù)計算第31頁/共48頁

①阿爾系余容狀態(tài)方程式（考慮分子自身的體積）－－氣體模型或

P109式（5－53）

——余容內彈道理論采用。（1）幾種產物狀態(tài)方程第32頁/共48頁②泰勒-維里型展開式（維里狀態(tài)方程式）－－－氣體模型或（5－55）第33頁/共48頁③B-K-W狀態(tài)方程式－－－－氣體模型（5－58）第34頁/共48頁④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（5－59）第35頁/共48頁⑤L-T-D方程

－－－－液體模型（5－66）第36頁/共48頁計算過程非常復雜，一般需計算機計算。（根據(jù)C-J條件）利用P-V圖。（略）(2）理論計算

第37頁/共48頁（工程上常用）（已知）狀態(tài)方程采用等熵方程

——絕熱指數(shù)①確定絕熱指數(shù)

——產物中之成分的mol分數(shù)

——產物中之成分的多方指數(shù)（3）近似計算第38頁/共48頁常見產物的絕熱指數(shù)

第39頁/共48頁②③爆轟參數(shù)（）可計算④⑤⑥①

①

[例1]P116第40頁/共48頁（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2000-4000m·s-1

單質猛炸藥4000-7000m·s-1

（2）裝藥藥條件直徑，膨脹波