爆轟理論下資料

會計學(xué)1爆轟理論下資料(chapmam&Jouguet卡普曼-柔格（儒格）)幾點(diǎn)假設(shè)：①爆轟波為無限寬的準(zhǔn)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(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)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(yīng)結(jié)束。一、爆轟波C-J理論第1頁/共48頁

三大定律

①質(zhì)量守恒（物質(zhì)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(guān)系式）第2頁/共48頁③能量守恒（內(nèi)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(dǎo)出（基本關(guān)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(zhì)量，單位時間，單位面積的爆轟熱

第4頁/共48頁—?dú)怏w爆轟波穩(wěn)定傳播條件（理論研發(fā)的結(jié)果）（1）卡普曼提出：對應(yīng)于所有實(shí)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(chǎn)物所處的狀態(tài)是雨果尼奧曲線與米海遜直線相切點(diǎn)所確定的狀態(tài)。（2）柔格提出：爆轟波相對于爆轟產(chǎn)物的傳播速度等于爆轟產(chǎn)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(yīng)區(qū)中，放出的化學(xué)能QV只是一部分，若β為未反應(yīng)物質(zhì)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(yīng)物質(zhì)質(zhì)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(guān)可得一族經(jīng)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(yīng)只表示反應(yīng)剛結(jié)束時生成物所處的狀態(tài)。第7頁/共48頁（3）各線段點(diǎn)的意義

爆轟波雨果尼奧曲線代表爆轟挑臺應(yīng)結(jié)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(diǎn)，同時該曲線的兩條切線相切于M、E點(diǎn)。∴雨果尼奧曲線為五段：CM、MB、BD、DE、DF第8頁/共48頁∴該段各點(diǎn)符合爆轟過程∴稱為爆轟段：此線段上各點(diǎn)表示該爆轟產(chǎn)物在反應(yīng)剛完成時的狀態(tài)。P>PCJM點(diǎn)稱為爆轟C-J點(diǎn)

MB段斜率較小稱弱爆轟段

CM段斜率較大稱強(qiáng)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(shí)際過程。①CM段P2>P0V2<V0（ρ2>ρ0）VD，u2均大于0與爆轟波傳播特點(diǎn)相同②MB段第9頁/共48頁即質(zhì)點(diǎn)運(yùn)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(diǎn)稱為燃燒C-J點(diǎn)

V<VCJ

稱弱燃燒段

V>VCJ

稱強(qiáng)燃燒段

B點(diǎn)V2=V0

；VD→∞定容絕熱爆炸

D點(diǎn)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(diǎn)（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(chǎn)物的狀態(tài)應(yīng)沿著波速線變化（爆轟速度一定）②爆轟產(chǎn)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(yīng)的沖擊絕熱線應(yīng)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(qiáng)爆轟段，爆轟波后的膨脹波能趕上爆轟波進(jìn)入反應(yīng)區(qū)?！嘞魅跚把貨_擊波，引起爆轟速度的降低，∴波速線斜率減少，直到M點(diǎn)。LM段∵u+c<VD弱爆轟段，爆轟波中反應(yīng)區(qū)擾動落后于爆轟傳播速度，∴反應(yīng)區(qū)將逐漸拖長，反應(yīng)放出的能量不集中，不能供給波陣面以足夠的能量，結(jié)果必須削弱爆轟波波速，也不穩(wěn)定，波速線斜率↓直到M點(diǎn)。第12頁/共48頁b.相切情況

u+c=VDM點(diǎn)，反應(yīng)放出的能量正好支持反應(yīng)的穩(wěn)定傳播，即該點(diǎn)的膨脹波（或稀疏波）的傳播正好等于爆轟波向前推進(jìn)的速度?！郙點(diǎn)是穩(wěn)定傳播點(diǎn)，M點(diǎn)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(diǎn)等熵線的公切點(diǎn)：即

2.C-J點(diǎn)是爆轟波雨質(zhì)組曲線上熵值最小的點(diǎn)，即

3.C-J點(diǎn)是過該點(diǎn)米海遜線上熵值最大的點(diǎn)。

4.C-J是處爆轟波相對于爆轟產(chǎn)物的傳播速度等于爆轟產(chǎn)物中的音速，VD－u2=C2或VD=u2+C25.爆轟波相對于波前質(zhì)點(diǎn)的速度為超音速，即VD－u0>C0。爆轟波相對于波后質(zhì)點(diǎn)的速度，在強(qiáng)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(diǎn)的重要性質(zhì)第14頁/共48頁[例證4]

由波速方程

由質(zhì)量守恒方程：∴

利用C-J點(diǎn)的性質(zhì)∴

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(zhì)服從理想氣體狀態(tài)方程。

2.爆炸物與產(chǎn)物的多方指數(shù)相當(dāng)。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(xué)計算M—爆轟產(chǎn)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(guān)系式與該聚炸藥實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xué)反應(yīng)區(qū)，化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)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(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)區(qū)。（iii）在化學(xué)反應(yīng)區(qū)內(nèi)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)卻處于局部、迅速、部分的熱動力平衡，只是尚未達(dá)到化學(xué)平衡。核心：存在一個反應(yīng)區(qū)表示：爆轟波=沖擊波陣面+化學(xué)反應(yīng)區(qū)沖擊波陣面炸藥的參數(shù)突躍，無化學(xué)反應(yīng)第20頁/共48頁化學(xué)反應(yīng)區(qū)中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，壓力↓→爆炸產(chǎn)物的膨脹為止（化學(xué)反應(yīng)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(jié)果的狀態(tài)2-2面對于穩(wěn)定爆轟，即對應(yīng)于C-J點(diǎn)狀態(tài)，即vD=u2+C2實(shí)驗(yàn)證明反應(yīng)區(qū)寬度為mm數(shù)量級；化學(xué)反應(yīng)時間10-6~10-8

（P105表）第21頁/共48頁2反應(yīng)區(qū)內(nèi)的基本方程組三個守恒方程第22頁/共48頁——化學(xué)反應(yīng)分?jǐn)?shù)為l個反應(yīng)率方程

ri為第j個化學(xué)反應(yīng)分?jǐn)?shù)所對差（j=1,2,…l）的反應(yīng)速率方程∴給定一組反應(yīng)速率就可確定一個反應(yīng)分?jǐn)?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(yīng)沖擊波波雨果尼奧曲線

=1，對應(yīng)完全反應(yīng)雨果尼奧曲線

=0~1，對應(yīng)中間凍結(jié)態(tài)雨果尼奧曲線

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

按照炸藥的化學(xué)組成結(jié)構(gòu)以及裝藥的物理狀態(tài)上的差異，凝聚炸藥的爆轟反應(yīng)機(jī)理，分3種類型：整體反應(yīng)機(jī)理，表面反應(yīng)機(jī)理和混合反應(yīng)機(jī)理。5.4凝聚炸藥爆轟反應(yīng)機(jī)理第26頁/共48頁（1）整體反應(yīng)機(jī)理（均勻灼熱機(jī)理）在強(qiáng)烈沖擊波的作用下，波陣面上的炸藥受到強(qiáng)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(xué)反應(yīng)在反應(yīng)區(qū)的整個體積內(nèi)進(jìn)行（較難起爆）。這類反應(yīng)的炸藥一般是均質(zhì)炸藥，即炸藥裝藥是任何一體積內(nèi)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(yīng)。

具有熱爆炸的特點(diǎn)，（以后起爆機(jī)理介紹）

第27頁/共48頁（2）表面反應(yīng)機(jī)理（不均勻灼熱機(jī)理）在沖擊波作用下，波陣面上的炸藥受到強(qiáng)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(xué)反應(yīng)首先從被稱為“起爆中心或熱點(diǎn)”的地點(diǎn)開始，進(jìn)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(yīng)機(jī)理稱表面反應(yīng)機(jī)理。

這類反應(yīng)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(zhì)炸藥。

第28頁/共48頁①炸藥中含有微少氣泡，受到?jīng)_擊絕熱壓縮。②炸藥質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速度不同而產(chǎn)生的摩擦或變形。③炸藥氣體產(chǎn)物的滲透使炸藥的顆粒表面加熱。④炸藥晶體在切面剪應(yīng)力作用下發(fā)生表面局部缺陷的湮沒而成形熱點(diǎn)。⑤由于沖擊波在炸藥中產(chǎn)生的流體動力學(xué)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(diǎn)?！捌鸨行摹庇幸韵轮饕纬赏緩剑旱?9頁/共48頁（3）混合反應(yīng)機(jī)理——熱分解-氣相反應(yīng)這是物質(zhì)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(yīng)的成分相互作用完成爆轟反應(yīng)，或者各組分以各自不同的速度，單獨(dú)進(jìn)行分解，然后分解的氣體產(chǎn)物之間相互作用完成反應(yīng)。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(nèi)彈道理論采用。（1）幾種產(chǎn)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(dá)紐柯維奇方程式（考慮分子熱運(yùn)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(fù)雜，一般需計算機(jī)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(chǎn)物中之成分的mol分?jǐn)?shù)

——產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)與組成（反應(yīng)機(jī)理理解）不同炸藥爆轟速度不同混合炸藥2000-4000m·s-1

單質(zhì)猛炸藥4000-7000m·s-1

（2）裝藥藥條件直徑，膨脹波