气体爆轰理论-课件

第第4章章 气体爆轰理论气体爆轰理论1本章主要内容本章主要内容4.1气体爆轰现象气体爆轰现象4.2爆炸浓度极限及其确定方法爆炸浓度极限及其确定方法4.3气体爆轰参数的计算气体爆轰参数的计算4.4 螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰现象及胞格结构4.5影响气体爆轰传播的因素影响气体爆轰传播的因素4.6云雾爆轰现象云雾爆轰现象24.1 气体爆轰现象气体爆轰现象34.1气体爆轰现象气体爆轰现象 凡是在常温常压下以气态存在，经撞击、摩凡是在常温常压下以气态存在，经撞击、摩擦、热源或火花等点火源的作用能发生燃烧擦、热源或火花等点火源的作用能发生燃烧爆炸的气态物质，统称为爆炸的气态物质，统称为可燃性气体可燃性气体。可燃性气体可分为无机气体和有机气体。可燃性气体可分为无机气体和有机气体。44.1气体爆轰现象气体爆轰现象通常，可燃性气体按使用形态可分为通常，可燃性气体按使用形态可分为5 5类：类：可可燃燃气气体体：氢氢气气、煤煤气气、四四个个碳碳以以下下的的有有机机气气体体（如如甲甲烷烷、乙乙烯烯、丙丙烷烷等等）均均属属此此类类。它它们们在在常常温温常常压压下下以以气气态态存存在在，和和空空气气形形成成的的混混合合物容易发生燃烧或爆炸。物容易发生燃烧或爆炸。可可燃燃液液化化气气：如如液液化化石石油油气气、液液氨氨、液液化化丙丙烷烷等等。这这类类气气体体在在加加压压降降温温的的条条件件下下即即可可变变为为液液体体，压压缩缩储储存存在在贮贮灌灌中中。液液化化石石油油气气的的主主要要成成分分是是丙丙烷烷、丙丙稀稀、丁丁烷烷和和丁丁烯烯等等。常常温温常常压压下下为气体，为气体，0.80.81.5MPa1.5MPa压力即可液化为液体。压力即可液化为液体。54.1气体爆轰现象气体爆轰现象可可燃燃液液体体的的蒸蒸气气：如如甲甲醇醇、乙乙醚醚、酒酒精精、笨笨、汽汽油油等等的的蒸蒸气气，这这些些蒸蒸气气在在燃燃烧烧液液体体表表面面上上有有较较高高的的浓浓度度，当当它它和和空空气气混混合合物物的的浓浓度度达达到到一一定程度时，容易发生燃烧或爆炸。定程度时，容易发生燃烧或爆炸。助助燃燃气气体体：如如氧氧、氯氯、氟氟、氧氧化化亚亚氮氮、氧氧化化氮氮、二二氧氧化化氮氮等等。它它们们在在化化学学反反应应中中能能作作为为氧氧化化剂剂，把把它它们们和和能能作作为为还还原原剂剂的的可可燃燃性性气气体体混混合合，会会形成爆炸性混合物。形成爆炸性混合物。64.1气体爆轰现象气体爆轰现象分分解解爆爆炸炸性性气气体体：如如乙乙烯烯、乙乙炔炔、环环氧氧乙乙烷烷、炳炳二二烯烯等等。它它们们不不需需要要与与助助燃燃气气体体混混合合，本本身就会发生爆炸。身就会发生爆炸。可可燃燃气气体体是是与与外外界界的的空空气气或或氧氧发发生生燃燃烧烧或或爆爆炸而释放能量的。这一点与炸药不同。炸而释放能量的。这一点与炸药不同。军军事事上上利利用用这这些些可可燃燃气气体体本本身身不不携携带带氧氧，靠靠周周围围环环境境中中的的氧氧释释放放能能量量这这一一优优点点，研研究究开开发具有大面积杀伤破坏效应的发具有大面积杀伤破坏效应的燃料空气炸弹燃料空气炸弹。74.2 爆炸浓度极限及其确定方法爆炸浓度极限及其确定方法84.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限94.2 爆炸浓度极限及其确定方法爆炸浓度极限及其确定方法 通常情况下，气体混合物中可燃成分的浓度通常情况下，气体混合物中可燃成分的浓度处于一定范围内时，才会发生爆炸现象，这处于一定范围内时，才会发生爆炸现象，这个浓度范围称为个浓度范围称为爆炸浓度范围爆炸浓度范围。能够发生爆。能够发生爆炸的最低浓度叫炸的最低浓度叫爆炸浓度下限爆炸浓度下限，而能够发生，而能够发生爆炸的最高浓度叫做爆炸的最高浓度叫做爆炸浓度上限爆炸浓度上限。如表。如表4-14-1所示。所示。104.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限 表表4-14-1混合气体的爆炸浓度范围混合气体的爆炸浓度范围注意:表中的爆炸爆炸浓度浓度极限极限(explosive limit)(explosive limit)和爆轰爆轰浓度浓度极限极限的区别。工程上，爆炸浓度极限通常包括爆燃部分。114.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限当当可可燃燃物物含含量量很很稀稀或或很很浓浓时时，化化学学反反应应进进行行很很慢慢，单单位位时时间间内内放放出出的的总总化化学学反反应应能能量量较较小小，就就不不能能支支持持前前沿沿冲冲击击波波去去激激发发下下层层混混合合气气体体的的化化学学反反应应。即即使使没没有有任任何何能能量量耗耗散散，也不能使爆轰波稳定传播。也不能使爆轰波稳定传播。124.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限 在混合气体的爆炸浓度范围内，存在一在混合气体的爆炸浓度范围内，存在一个个最佳浓度最佳浓度。这时，。这时，爆速最大爆速最大、压力压力和和反应反应放出热放出热也最大。从安全角度看，最佳浓度时也最大。从安全角度看，最佳浓度时的威力最大、破坏效应也最严重，如图的威力最大、破坏效应也最严重，如图41所示。所示。图图41 浓度和爆速的关系（浓度和爆速的关系（C2H2O2）134.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限爆爆炸炸浓浓度度极极限限不不是是一一个个固固定定的的物物理理常常数数，它它与与点火能点火能、初始温度初始温度、压力压力等因素有关。等因素有关。（1）点火能）点火能 一般来说，点火能量越大，传给周围可一般来说，点火能量越大，传给周围可燃混合物的能量越多，引起临层爆炸的能力燃混合物的能量越多，引起临层爆炸的能力越强，火焰越易自行传播，从而爆炸浓度范越强，火焰越易自行传播，从而爆炸浓度范围变宽。即围变宽。即a,b中的中的a变小，变小，b变大。但当点变大。但当点火能达到一定程度时，爆炸浓度范围变化就火能达到一定程度时，爆炸浓度范围变化就不明显了。不明显了。144.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限表表4-2为甲烷和空气混合物在不同能量的点火为甲烷和空气混合物在不同能量的点火条件下爆炸浓度极限的实验结果。当点火能达条件下爆炸浓度极限的实验结果。当点火能达到一定程度时，对爆炸浓度极限的影响就不明到一定程度时，对爆炸浓度极限的影响就不明显了。显了。表表4-2 点火能点火能对对甲烷空气混合气体甲烷空气混合气体爆炸浓度极限的影响爆炸浓度极限的影响 154.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限（2）初始温度）初始温度 初始温度升高，会使化学反应的速度加初始温度升高，会使化学反应的速度加快。在相同的点火能下，可燃气体混合物的快。在相同的点火能下，可燃气体混合物的初始温度越高初始温度越高，燃烧反应，燃烧反应越快越快，于是单位时，于是单位时间间放热越多放热越多，火焰越易传播，因而爆炸极限，火焰越易传播，因而爆炸极限范围范围变宽变宽，如图，如图42所示。所示。164.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限图图42 温度对爆炸极限的影响（甲烷）温度对爆炸极限的影响（甲烷）174.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限（3）压力）压力 混混合合气气体体压压力力提提高高，爆爆炸炸浓浓度度范范围围扩扩大大。处处于于高高压压下下的的气气体体，其其分分子子比比较较密密集集，单单位位体体积积中中所所含含混混合合气气分分子子较较多多，分分子子间间传传热热和和发发生生化化学学反反应应比比较较容容易易，反反应应速速度度加加快快，而而散散热热损损失失显显著著减减少少，因因此此爆爆炸炸浓浓度度范范围围扩扩大大。压压力力对对爆爆炸炸浓浓度度上上限限的的影影响响较较大大。表表4-3压压力力对甲烷空气混合气体爆炸极限的影响。对甲烷空气混合气体爆炸极限的影响。184.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限表表4-3 压力对甲烷空气混合气体爆炸极限的影响。压力对甲烷空气混合气体爆炸极限的影响。194.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限在减压的情况下，随着压力的降低，爆炸范在减压的情况下，随着压力的降低，爆炸范围不断缩小。当压力降到某一数值时，则会围不断缩小。当压力降到某一数值时，则会出现上限浓度和下限浓度重合。如果压力再出现上限浓度和下限浓度重合。如果压力再继续下降，则混合气便不会爆炸了，这一压继续下降，则混合气便不会爆炸了，这一压力称为力称为爆炸极限的临界压力爆炸极限的临界压力。204.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限（4）惰性气体）惰性气体 在在可可燃燃混混合合气气中中添添加加惰惰性性气气体体，可可使使混混合合气气体体爆爆炸炸范范围围缩缩小小。当当惰惰性性气气体体大大于于一一定定浓浓度度时时，混混合合气气体体便便不不能能发发生生燃燃烧烧、爆爆炸炸。如如表表4-4所示所示214.2.1 气体爆炸浓度极限气体爆炸浓度极限表表4-4 CO2对汽油蒸气爆炸浓度极限的影响对汽油蒸气爆炸浓度极限的影响224.2.2 爆炸浓度极限的计算爆炸浓度极限的计算234.2.2爆炸浓度极限的计算爆炸浓度极限的计算（1）按完全燃烧）按完全燃烧1摩尔可燃性气体所需的摩尔可燃性气体所需的氧摩氧摩尔数尔数n no o估算估算式中式中 可燃混合气体的可燃混合气体的爆炸下限爆炸下限 可燃混合气体的可燃混合气体的爆炸上限爆炸上限 244.2.2爆炸浓度极限的计算爆炸浓度极限的计算【例】【例】C3H8+5O23CO2+4H2O （实测值为（实测值为2.1%）（实测值为实测值为9.5%9.5%）254.2.2爆炸浓度极限的计算爆炸浓度极限的计算（2）按化学计量浓度估算）按化学计量浓度估算 可可燃燃混混合合物物中中的的可可燃燃物物与与氧氧或或空空气气中中的的氧氧燃燃烧烧时时到到达达完完全全氧氧化化反反应应的的浓浓度度称称为为化化学学计量浓度计量浓度。设可燃气体的分子式为：设可燃气体的分子式为：CaHbOc+n0O2aCO2+b/2H2O则则 n0=a+b/4-c/2264.2.2爆炸浓度极限的计算爆炸浓度极限的计算如果把空气中氧气的浓度取为如果把空气中氧气的浓度取为20.9%，则可燃气体，则可燃气体在完全燃烧的情况下，空气中的化学计量浓度的计在完全燃烧的情况下，空气中的化学计量浓度的计算式如下：算式如下：在氧气中，在氧气中，则为：则为：于是，爆炸浓度极限可估算如下：于是，爆炸浓度极限可估算如下：该式可用来估算该式可用来估算烷烃烷烃以及其它以及其它有机可燃气体有机可燃气体的爆炸的爆炸浓度极限，但浓度极限，但不适用于乙炔以及氢、硫、氯不适用于乙炔以及氢、硫、氯等无机等无机气体。气体。274.2.2爆炸浓度极限的计算爆炸浓度极限的计算【例】【例】C3H8+5O23CO2+4H2O 解：解：n0=5 在空气中：在空气中：（实测值为（实测值为2.1%）（实测值为实测值为9.5%9.5%）284.2.2爆炸浓度极限的计算爆炸浓度极限的计算在氧气中：在氧气中：294.2.2爆炸浓度极限的计算爆炸浓度极限的计算（3 3）北川法计算爆炸浓度上限）北川法计算爆炸浓度上限此法是由日本北川彻三提出来的。他认为，在此法是由日本北川彻三提出来的。他认为，在各有机同系物中，可燃气分子中的各有机同系物中，可燃气分子中的碳原子数碳原子数a a与与可燃气达到爆炸上限所必需的可燃气达到爆炸上限所必需的氧摩尔数氧摩尔数n no o之间之间存在着直线关系。如果是烷烃，其关系为：存在着直线关系。如果是烷烃，其关系为：据此，爆炸浓度上限的计算公式为：据此，爆炸浓度上限的计算公式为：304.2.2爆炸浓度极限的计算爆炸浓度极限的计算 （4 4）多组分可燃气体混合物的爆炸浓度极限）多组分可燃气体混合物的爆炸浓度极限如果多组分可燃气体反应特性接近或为同系物时，它如果多组分可燃气体反应特性接近或为同系物时，它们与空气构成的爆炸性混合物的爆炸浓度极限可根据们与空气构成的爆炸性混合物的爆炸浓度极限可根据理理查特里（查特里（LeLeChatelierChatelier）法）法则计算，即算，即式中式中 分别为第分别为第i种组分在可燃物中的浓度。种组分在可燃物中的浓度。分别为第分别为第i种组分的爆炸浓度极限（下限种组分的爆炸浓度极限（下限 或上限）。或上限）。314.2.2爆炸浓度极限的计算爆炸浓度极限的计算上式需满足以下条件：上式需满足以下条件：1 1、2、各组分间不发生化学反应且爆炸时不发生催化、各组分间不发生化学反应且爆炸时不发生催化作用；作用；3 3、各组分的爆炸浓度极限已知。、各组分的爆炸浓度极限已知。324.2.2爆炸浓度极限的计算爆炸浓度极限的计算【例例】某某天天然然气气含含甲甲烷烷8080，乙乙烷烷1515，丙丙烷烷4 4，丁烷丁烷1 1，求天然气的爆炸浓度极限。，求天然气的爆炸浓度极限。设设A A、B B、C C、D D分别表示甲烷、乙烷、丙烷、丁烷分别表示甲烷、乙烷、丙烷、丁烷 已知已知 334.2.2爆炸浓度极限的计算爆炸浓度极限的计算由上式可得：由上式可得：爆炸浓度下限：爆炸浓度下限：爆炸浓度上限：爆炸浓度上限：以上公式均没考虑温度、压力等因素的影响以上公式均没考虑温度、压力等因素的影响344.3 气体爆轰参数的计算气体爆轰参数的计算354.3 气体爆轰参数的计算气体爆轰参数的计算 本节主要介绍气体爆轰参数的近似计算。本节主要介绍气体爆轰参数的近似计算。假定：假定：（1 1），即认为，即认为 与气体温度和组分无关；与气体温度和组分无关；（2 2）原原始始混混合合物物的的压压力力 与与CJCJ压压力力 相相比比可可以以忽忽略。略。则爆轰波的则爆轰波的HugoniotHugoniot方程变为：方程变为：(1)(1)364.3 气体爆轰参数的计算气体爆轰参数的计算由等熵方程由等熵方程 可得：可得：(2)(2)由由CJCJ条件知：条件知：(3)(3)移项整理可得：移项整理可得：忽略忽略 得得:(4)(4)374.3 气体爆轰参数的计算气体爆轰参数的计算将（将（4 4）式代入波速方程）式代入波速方程 可得可得 (5)(5)将（将（4 4）、（）、（5 5）式代入（）式代入（1 1）式可得：）式可得：(6)(6)由由 和和 可得：可得：(7)(7)384.3 气体爆轰参数的计算气体爆轰参数的计算把（把（4 4）式代入（）式代入（7 7）式可得：）式可得：(8)(8)由由CJCJ条件条件 可得可得 (9)(9)394.3 气体爆轰参数的计算气体爆轰参数的计算将（将（4 4）和（）和（5 5）式代入状态方程）式代入状态方程 可得：可得：(10)(10)因此，（因此，（4 4）（）（1010）式即为爆轰参数的近似公式。）式即为爆轰参数的近似公式。404.3 气体爆轰参数的计算气体爆轰参数的计算需要注意的是：需要注意的是：（1 1）作作为为一一种种近近似似估估算算，可可按按近近似似的的爆爆炸炸反应式确定；反应式确定；（2 2）的的单单位位是是单单位位质质量量（1kg1kg）爆爆炸炸物物的的定定容容比比热热 ；（3 3）为为1kg1kg爆炸物爆炸后形成气体产物的摩尔数。爆炸物爆炸后形成气体产物的摩尔数。414.3 气体爆轰参数的计算气体爆轰参数的计算【例】【例】已知混合气爆炸反应式为：已知混合气爆炸反应式为：CH4+2O2+8N2CO2+2H2O+8N2+801.72KJ 试求该混合爆炸物的爆速试求该混合爆炸物的爆速D。（。（k1.28）解：解：则则 424.3 气体爆轰参数的计算气体爆轰参数的计算【作业】：【作业】：根据上述例子，计算常温常压下根据上述例子，计算常温常压下CH42O2混合混合气体发生爆炸时的爆速和气体发生爆炸时的爆速和CJ压力。压力。（k1.28）434.4 螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰现象及胞格结构444.4 螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰现象及胞格结构目目前前为为止止，爆爆轰轰波波结结构构总总是是基基于于ZND模模型型中中提提出出的的一一维维的的、光光滑滑的的稳稳定定爆爆轰轰波波。但但实实际际上上，爆爆轰轰波波阵阵面面是是三三维维的的、不不光光滑滑的的、不稳定的不稳定的。爆爆轰轰波波在在接接近近爆爆轰轰极极限限的的气气体体内内，或或者者在在化化学学反反应应活活化化能能比比较较高高、较较难难起起爆爆的的气气体体中中传传播播时时，实实验验发发现现了了一一种种称称为为“螺螺旋旋爆爆轰轰”现象。现象。454.4 螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰现象及胞格结构1926年，年，Campbell和和Woodhead在研究气在研究气体混合物体混合物2CO+O2的爆轰时发现了这种现象。的爆轰时发现了这种现象。他们用他们用高速照相机高速照相机记录了螺旋爆轰的传播记录了螺旋爆轰的传播过程，得到了如图所示的图像过程，得到了如图所示的图像。464.4 螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰现象及胞格结构由图可见，爆轰波阵面的由图可见，爆轰波阵面的传播速度是不均匀传播速度是不均匀的的，出现，出现周期性的振动现象周期性的振动现象；爆轰波后产物；爆轰波后产物区，有规则的水平光亮条纹线，而且此光亮区，有规则的水平光亮条纹线，而且此光亮条纹线与波阵面的波纹状迹线有关。波阵面条纹线与波阵面的波纹状迹线有关。波阵面迹线上的每一个突峰处，对应于反应产物区迹线上的每一个突峰处，对应于反应产物区中的一条光亮条纹。中的一条光亮条纹。如果螺旋爆轰波在涂有粉末的管子中传播时，如果螺旋爆轰波在涂有粉末的管子中传播时，在管壁上会留下在管壁上会留下螺旋运动的迹线螺旋运动的迹线。474.4 螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰分为螺旋爆轰分为单头的单头的和和多头的多头的。单头单头一般出现在接近爆炸极限或很难起爆的一般出现在接近爆炸极限或很难起爆的混合气体中；混合气体中；多头多头一般出现在混合气体中含有加速反应的一般出现在混合气体中含有加速反应的物质，或者在位于爆轰极限范围内，但远离物质，或者在位于爆轰极限范围内，但远离爆轰极限的情况下。爆轰极限的情况下。484.4 螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰现象及胞格结构实验证明，螺旋爆轰是个普遍存在的现象，实验证明，螺旋爆轰是个普遍存在的现象，它主要是由于爆轰波反应区内它主要是由于爆轰波反应区内流动的非一维流动的非一维性性造成的，即存在造成的，即存在横向波横向波，使得反应区成为，使得反应区成为多波系的多波系的非定常结构非定常结构。螺旋爆轰是这种非定常多维结构爆轰波的外螺旋爆轰是这种非定常多维结构爆轰波的外在表现，用高速纹影照相、闪光干涉仪及烟在表现，用高速纹影照相、闪光干涉仪及烟炱实验技术，已经观察到这种爆轰波的非定炱实验技术，已经观察到这种爆轰波的非定常结构在时间和空间上有一定规律的常结构在时间和空间上有一定规律的胞格结胞格结构构(cell-structure)(cell-structure)。494.4 螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰现象及胞格结构图图44是在是在30（2H2O2）70Ar中的中的爆轰波通过后，在侧壁上由烟炱实验得到的爆轰波通过后，在侧壁上由烟炱实验得到的胞格痕迹。这种胞格结构是由反应区内大量胞格痕迹。这种胞格结构是由反应区内大量横波之间的相互作用形成的。横波之间的相互作用形成的。图图44胞格爆轰的烟炱图胞格爆轰的烟炱图 504.4 螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰现象及胞格结构514.4 螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰现象及胞格结构524.4 螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰现象及胞格结构534.4 螺旋爆轰现象及胞格结构螺旋爆轰现象及胞格结构爆轰的胞格结构既存在于爆轰的胞格结构既存在于气体爆轰气体爆轰中又存在中又存在于于凝聚炸药爆轰凝聚炸药爆轰中。总之，实际爆轰波都是中。总之，实际爆轰波都是非一维的不定常结构。非一维的不定常结构。ZND模型是对它们的简化，称为模型是对它们的简化，称为光滑的理想光滑的理想爆轰波爆轰波。544.5 影响气体爆轰传播的因素影响气体爆轰传播的因素554.5 影响气体爆轰传播的因素影响气体爆轰传播的因素 影响气体爆轰传播的因素很多。影响气体爆轰传播的因素很多。气体爆轰的传播速度约在气体爆轰的传播速度约在10003500m/s。1、气体爆轰波的传播速度与盛气体管子的放气体爆轰波的传播速度与盛气体管子的放置方法（垂直或水平、或倾斜）、起爆源的置方法（垂直或水平、或倾斜）、起爆源的种类、引爆端是闭口还是开口等无关。种类、引爆端是闭口还是开口等无关。与管与管子的形状有关子的形状有关。564.5 影响气体爆轰传播的因素影响气体爆轰传播的因素 2 2、混合气体的、混合气体的初始温度初始温度对爆轰波速度影响很对爆轰波速度影响很小，随温度升高，爆速稍微下降，这是因为小，随温度升高，爆速稍微下降，这是因为温度高使气体密度减小所造成的。如爆鸣气温度高使气体密度减小所造成的。如爆鸣气（2H2H2 2O O2 2）初始温度为）初始温度为10100 0C C时，测出的爆速时，测出的爆速值为值为2821m/s2821m/s，而，而1001000 0C C时为时为2790m/s2790m/s。3 3、混合气体的爆速随、混合气体的爆速随初始压力初始压力的提高而提高。的提高而提高。574.5 影响气体爆轰传播的因素影响气体爆轰传播的因素根据根据Cook对初始压力对初始压力p0在在510104Pa范围范围内对内对H2-O2-N2，H2-O2-Ar，C2H2-O2等气体混等气体混合物测定的爆速数据，整理得到了如下的关合物测定的爆速数据，整理得到了如下的关系式：系式：式中式中D Dp p和和D Dp0p0分别表示压力为分别表示压力为p p和和p p0 0时的爆速，时的爆速，为常数。一些气体混合物的为常数。一些气体混合物的值和值和D Dp0p0值列值列于表于表4-54-5。584.5 影响气体爆轰传播的因素影响气体爆轰传播的因素表表4-5一些气体混合物的一些气体混合物的值和值和Dp0值值 594.5 影响气体爆轰传播的因素影响气体爆轰传播的因素4、混合气体的爆速随、混合气体的爆速随初始密度的增大而增大。的增大而增大。气体混合物初始密度增大将引起爆速的提高。气体混合物初始密度增大将引起爆速的提高。对遵守定余容对遵守定余容Abel方程的气体，推导得到如下的方程的气体，推导得到如下的爆速计算式爆速计算式 比容变化公式为：比容变化公式为：604.5 影响气体爆轰传播的因素影响气体爆轰传播的因素 图图4-5为爆鸣气在为爆鸣气在=0.75cm3/g时爆速时爆速D与与0之间的理论关系。之间的理论关系。图图4-5爆鸣气的爆速爆鸣气的爆速D与与0之间的关系之间的关系（坐标原点有误）（坐标原点有误）614.5 影响气体爆轰传播的因素影响气体爆轰传播的因素5 5、加入、加入惰性气体惰性气体，对于较轻的惰性气体如，对于较轻的惰性气体如He，爆速增加；对于较重的惰性气体如，爆速增加；对于较重的惰性气体如Ar，爆速减小。这是因为轻气体使得爆炸反应产爆速减小。这是因为轻气体使得爆炸反应产物的物的平均分子量平均分子量减小，重气体使得分子量增减小，重气体使得分子量增大。但惰性气体的加入都使得爆温下降，这大。但惰性气体的加入都使得爆温下降，这是因为惰性气体吸热造成的。如表是因为惰性气体吸热造成的。如表4-6所示。所示。624.5 影响气体爆轰传播的因素影响气体爆轰传播的因素表表4-6 添加不等量添加不等量H2以及以及He、Ar对爆鸣气爆速和爆温的对爆鸣气爆速和爆温的影响影响 634.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象644.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象所谓所谓云雾爆轰云雾爆轰系指液体燃料雾滴散布于气体系指液体燃料雾滴散布于气体氧化剂或空气当中形成的氧化剂或空气当中形成的液一气液一气两相混合物两相混合物的爆轰。的爆轰。近近30年来的实验研究表明，这种两相体系，年来的实验研究表明，这种两相体系，在适当的混合比例条件下可以利用药柱爆炸在适当的混合比例条件下可以利用药柱爆炸或强冲击波激起其爆轰的传播。或强冲击波激起其爆轰的传播。654.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象云云雾雾爆爆轰轰是是一一种种不不均均匀匀爆爆轰轰。不不均均匀匀相相爆爆轰轰的的研研究究大大致分为四种类型，即：致分为四种类型，即：(1)不挥发油滴悬浮于氧气或空气中所发生的不均匀爆轰；不挥发油滴悬浮于氧气或空气中所发生的不均匀爆轰；(2)充充有有氧氧气气的的管管子子内内壁壁上上涂涂以以液液态态油油膜膜所所发发生生的的不不均均匀匀爆轰；爆轰；(3)充充有有氧氧气气的的管管子子内内壁壁上上涂涂以以固固态态碳碳氢氢化化合合物物或或固固态态碳碳粉末所发生的不均匀爆轰；粉末所发生的不均匀爆轰；(4)金金属属粉粉末末或或其其他他固固体体可可燃燃物物粉粉尘尘悬悬浮浮于于氧氧气气中中所所产产生生的不均匀爆轰。的不均匀爆轰。664.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象这类课题的研究之所以受到重视，一个原因这类课题的研究之所以受到重视，一个原因是与采煤、采油等矿业生产，以及石油、化是与采煤、采油等矿业生产，以及石油、化工、粮食、纺织等工业生产的安全性紧密相工、粮食、纺织等工业生产的安全性紧密相关，另一方面的原因则是与近关，另一方面的原因则是与近30年来发展起年来发展起来的所谓来的所谓燃料空气炸弹燃料空气炸弹(FAE)这一武器技术的这一武器技术的研究相关。研究相关。674.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象2007年年11月月24日，上海浦东一个加油站发生爆炸，日，上海浦东一个加油站发生爆炸，4人死亡。人死亡。684.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象694.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象经过专家分析，认为这起爆炸事故是在停经过专家分析，认为这起爆炸事故是在停业检修过程中，现场施工人员违章作业，业检修过程中，现场施工人员违章作业，在未对与管道相通的在未对与管道相通的2号储气罐进行有效号储气罐进行有效安全隔离情况下，用压缩空气对管道实施安全隔离情况下，用压缩空气对管道实施气密性试验，导致该储气罐内未经清洗置气密性试验，导致该储气罐内未经清洗置换的液化石油气与压缩空气混合，引起化换的液化石油气与压缩空气混合，引起化学性爆炸。学性爆炸。704.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象20世纪世纪60年代末和年代末和70年代初，美国在侵越战争年代初，美国在侵越战争中首先使用了中首先使用了燃料空气炸弹燃料空气炸弹，为其开辟，为其开辟直升飞机直升飞机着陆场着陆场、破坏地面防护设施破坏地面防护设施、雷达雷达和和各种机动车各种机动车辆辆，以及利用它爆炸所形成的强烈冲击波，以及利用它爆炸所形成的强烈冲击波扫除地扫除地雷雷、杀伤有生力量杀伤有生力量等。近些年来，大力开展利用等。近些年来，大力开展利用燃料一空气炸弹对付各种储罐、飞机、机库、导燃料一空气炸弹对付各种储罐、飞机、机库、导弹发射场以及各种海上舰船等的新武器的研究工弹发射场以及各种海上舰船等的新武器的研究工作已取得显著进展。作已取得显著进展。714.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象正因为如此，两相不均匀爆轰，特别是油滴正因为如此，两相不均匀爆轰，特别是油滴一氧气或空气所构成的所谓一氧气或空气所构成的所谓云雾爆轰云雾爆轰的研究，的研究，已成为国内外重要的研究课题。已成为国内外重要的研究课题。美军在越南战争中使用的美军在越南战争中使用的CBU型燃料空气炸型燃料空气炸弹是一种圆筒形容器，内装有约弹是一种圆筒形容器，内装有约37kg的环氧的环氧乙烷乙烷(C2H4O)燃料。燃料。724.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象在在距距地地面面一一定定高高度度上上炸炸开开弹弹体体，顿顿时时形形成成有有大大量量直直径径约约为为零零点点几几厘厘米米乃乃至至零零点点几几毫毫米米的的小小油油滴滴散散布布于于周周围围的的空空气气当当中中，并并在在几几十十毫毫秒秒时时间间内内形形成成直直径径为为十十几几米米、高高数数米米的的云云雾雾气气团团(此此时时，使使所所形形成成云云雾雾团团内内环环氧氧乙乙烷烷的的浓浓度度确确保保在在爆爆炸炸浓浓度度上上下下限限，即即在在624范范围围之之内内)，而而后后借借助助于于从从弹弹内内抛抛掷掷到到一一定定高高度度位位置上的起爆装置引爆。置上的起爆装置引爆。734.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象云爆弹结构云爆弹结构引爆药药液体燃料壳体中心药柱二次引爆744.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象云雾爆轰波的传播速度约为云雾爆轰波的传播速度约为1.53km/s，所，所形成的爆轰压力可达形成的爆轰压力可达1.03.0MPa。云雾爆轰所形成的气体产物向周围的膨胀流云雾爆轰所形成的气体产物向周围的膨胀流动以及所形成的动以及所形成的爆炸冲击波超压爆炸冲击波超压是导致是导致人畜人畜死伤死伤和和各种设施破坏各种设施破坏的主要原因。的主要原因。此外，云雾爆轰过程中大量消耗空气中的氧此外，云雾爆轰过程中大量消耗空气中的氧而引起而引起窒息效应窒息效应也是造成有生力量死伤的重也是造成有生力量死伤的重要原因。要原因。754.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象云雾爆轰是一种两相混合物的不均匀爆轰。云雾爆轰是一种两相混合物的不均匀爆轰。显然，与均匀的气相爆轰相比，云雾爆轰现显然，与均匀的气相爆轰相比，云雾爆轰现象及其机理要复杂的多。因此，为认识这一象及其机理要复杂的多。因此，为认识这一事物的化学物理本质，掌握并利用它内在的事物的化学物理本质，掌握并利用它内在的规律，多年来开展了一系列的实验与理论研规律，多年来开展了一系列的实验与理论研究工作。究工作。764.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象温压弹温压弹是在燃料空气炸弹的基础上研制出来是在燃料空气炸弹的基础上研制出来的，是燃料空气炸弹的高级发展型。温压炸的，是燃料空气炸弹的高级发展型。温压炸药兼具高爆炸药和燃料空气炸药的特点，准药兼具高爆炸药和燃料空气炸药的特点，准确地说是一种富含燃料的高爆炸药。确地说是一种富含燃料的高爆炸药。温压炸药中添加了铝、硼、硅、镁等物质的温压炸药中添加了铝、硼、硅、镁等物质的粉末，这些粉末在加热状态下起燃并释放大粉末，这些粉末在加热状态下起燃并释放大量能量，大大增强了温压炸药的热效应和压量能量，大大增强了温压炸药的热效应和压力效应。力效应。774.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象温压弹温压弹爆炸压力场爆炸压力场/温度场是复杂流场，对于温度场是复杂流场，对于实用弹药，燃料被抛撒后，与空气混合时间实用弹药，燃料被抛撒后，与空气混合时间可达到可达到100-200ms，燃料与空气不可能混合，燃料与空气不可能混合均匀，各区域内燃料浓度分布有随机性，因均匀，各区域内燃料浓度分布有随机性，因此爆轰压力和温度场分布有不对称性。此爆轰压力和温度场分布有不对称性。温压炸药与凝聚炸药爆炸相比，温压炸药能温压炸药与凝聚炸药爆炸相比，温压炸药能量密度小、爆速小、爆压低，但作用范围大。量密度小、爆速小、爆压低，但作用范围大。784.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象研究结果表明：大致在小于研究结果表明：大致在小于2/3云雾半径的范围云雾半径的范围内，温压炸药的爆炸场超压小于同质量内，温压炸药的爆炸场超压小于同质量TNT的爆的爆炸场超压，但在大于炸场超压，但在大于2/3云雾区半径范围内，温云雾区半径范围内，温压炸药的爆炸场超压均显著大于压炸药的爆炸场超压均显著大于TNT的爆炸场超的爆炸场超压。压。794.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象三种炸药火球表面的最高温度 804.6 云雾爆轰现象云雾爆轰现象温压炸药与B炸药的爆炸火球体积的对比 81