５.１爆炸品事故災(zāi)害情況在受到加熱、摩擦、撞擊、沖擊波等外界能量作用時(shí),能夠在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈的放熱化學(xué)反應(yīng),同時(shí)伴隨著大量氣體產(chǎn)物生成的固體或凝聚狀態(tài)的液體化合物,都是爆炸性物質(zhì)。在工業(yè)生產(chǎn)尤其是國(guó)防工業(yè)生產(chǎn)中,由爆炸性物質(zhì)引起的火災(zāi)和爆炸事故是屢見(jiàn)不鮮的,而且這類物質(zhì)所帶來(lái)的事故災(zāi)害往往也是很慘重的。返回５.２爆炸性物質(zhì)的種類爆炸性物質(zhì)的分類方法有多種。從爆炸物管理方面可分為:(1)起爆器材和起爆藥(2)硝基芳香類炸藥(3)硝酸酯類炸藥(4)硝化甘油類混合炸藥(5)硝酸銨類混合炸藥(6)氯酸類混合炸藥和過(guò)氯酸鹽類混合炸藥(7)液氧炸藥(8)黑色炸藥下一頁(yè)返回５.２爆炸性物質(zhì)的種類也有按其物理狀態(tài)分為固體爆炸物質(zhì)(如黑火藥等)、膠質(zhì)炸藥(如膠質(zhì)硝化甘油炸藥)以及液體炸藥(如液氧炸藥等)。爆炸性物質(zhì)一般都具有特殊的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和爆炸性的功能基,因此,只要確知物質(zhì)名稱和化學(xué)結(jié)構(gòu),就可識(shí)別其爆炸性。下面根據(jù)物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu),給出爆炸性物質(zhì)的種類。1.N—O結(jié)合物如硝酸酯(—ONO2)類化合物、硝基(—NO2)化合物、亞硝基(—NO)化合物以及氨基硝酸鹽等。2.N—N結(jié)合物如重氮基鹽、金屬疊氮化合物、疊氮?dú)渌嵋约奥?lián)氨衍生物等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.２爆炸性物質(zhì)的種類3.N—X結(jié)合物如鹵機(jī)氮、硫化氮等。4.N—C結(jié)合物如氰化物等。5.O—O結(jié)合物如有機(jī)過(guò)氧化物、臭氧化物等。6.氯酸類或高氯酸鹽類化合物如氯酸酯、高氯酸酯、重金屬高氯酸鹽、氨基高氯酸等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.２爆炸性物質(zhì)的種類7.乙炔及乙炔重金屬鹽在爆炸性物質(zhì)中,有的是能夠在工業(yè)中利用其爆炸性能的有實(shí)用價(jià)值的物質(zhì),也有因過(guò)分靈敏而無(wú)法利用的無(wú)實(shí)用價(jià)值的物質(zhì)。在軍事上和民用爆破作業(yè)中所應(yīng)用的炸藥是各類爆炸性物質(zhì)的典型代表,本章將以炸藥的燃燒和爆轟特性作為主線加以介紹。上一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)5.3.1炸藥的分類廣義地講,凡能進(jìn)行化學(xué)爆炸的物質(zhì)都稱為炸藥。但現(xiàn)在所指的炸藥主要是軍事工業(yè)、民用爆破業(yè)中使用的炸藥。按照炸藥組分,可將炸藥分為單質(zhì)炸藥和混合炸藥。單質(zhì)炸藥是由一種化合物組成的均一系統(tǒng)?；旌险ㄋ幨怯蓛煞N或兩種以上化學(xué)性能不同的組分組成的系統(tǒng)。按照應(yīng)用特征,炸藥分為起爆藥、猛炸藥、火藥、煙火藥四大類。下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)5.3.2炸藥化學(xué)變化的基本形式隨著引起炸藥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的外界供給能量的不同和炸藥進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境條件的不同,炸藥化學(xué)變化能夠以不同形式進(jìn)行,而且在各形式之間,性質(zhì)上存在重大差別。按反應(yīng)的速度及傳播的性質(zhì),炸藥化學(xué)變化的過(guò)程有三種基本形式,即熱分解、燃燒和爆轟。5.3.3炸藥的熱分解轉(zhuǎn)爆炸1.溫度對(duì)分解速度的影響前面已說(shuō)過(guò),溫度對(duì)熱分解反應(yīng)速度影響很大。為什么溫度對(duì)分解速度有很大的影響呢.這是因?yàn)閷?duì)于凝固相單分子物質(zhì)來(lái)說(shuō),晶體中的原子在不停地振動(dòng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)溫度升高,振動(dòng)增大;振動(dòng)過(guò)大,鍵就會(huì)發(fā)生斷裂,發(fā)生分解;溫度升得越高,鍵斷裂得就越多,分解速度就越快。因此,炸藥的熱分解是隨溫度的升高而加快的。2.環(huán)境散熱條件對(duì)熱分解速度的影響炸藥的分解反應(yīng)是放熱性反應(yīng),如果環(huán)境散熱條件很好,炸藥分解反應(yīng)所放出的熱量就能完全散失掉,這樣炸藥就能穩(wěn)定地平衡在緩慢分解反應(yīng)的狀態(tài)。反之,如果環(huán)境散熱條件不好,炸藥分解反應(yīng)所放出的熱量就很難完全散失掉,結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)熱積累,使炸藥溫度升高,反應(yīng)速度隨之加快。隨著反應(yīng)速度的加快,反應(yīng)所放出的熱量不斷增加,反應(yīng)則不斷地自動(dòng)加速下去。當(dāng)反應(yīng)加速到一定程度時(shí),溫度達(dá)到炸藥的燃點(diǎn)或爆發(fā)點(diǎn),炸藥就會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)3.堆積尺寸對(duì)分解速度的影響正如上面所分析的炸藥是否會(huì)發(fā)生熱分解向燃燒和爆轟的轉(zhuǎn)變,取決于炸藥分解反應(yīng)所釋放的熱量與向環(huán)境散失的熱量能否達(dá)到平衡。炸藥堆積量越大,單位體積炸藥與環(huán)境的散熱面積就越小,這樣越容易出現(xiàn)熱積累。因此,炸藥堆積尺寸越大,越容易發(fā)生燃燒或爆轟。由上可見(jiàn),炸藥在熱分解過(guò)程中,若環(huán)境溫度過(guò)高,或環(huán)境散熱條件不好,或炸藥量太大,都會(huì)使炸藥的熱分解反應(yīng)加速,而轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵虮Z。因此,儲(chǔ)存炸藥及其制品時(shí),必須保證一定的溫度、一定的尺寸及良好的通風(fēng)條件,以保證炸藥及其制品的儲(chǔ)存安全和質(zhì)量。關(guān)于這部分內(nèi)容,我們?cè)诘?章中還將詳細(xì)討論。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)5.3.4炸藥的燃燒轉(zhuǎn)爆轟研究炸藥燃燒轉(zhuǎn)爆轟的規(guī)律及特點(diǎn),對(duì)于安全使用炸藥及其制品具有重要的實(shí)際意義。在火炸藥生產(chǎn)及處理過(guò)程中,有時(shí)會(huì)發(fā)生燃燒事故,若不及時(shí)撲救或撲救方法不當(dāng),都有可能由燃燒轉(zhuǎn)變成爆轟,使損失擴(kuò)大。在銷毀廢炸藥時(shí),有時(shí)使用銷毀法,如果處理不當(dāng),炸藥可能由燃燒轉(zhuǎn)化成爆轟,從而造成意外的事故。1.燃燒轉(zhuǎn)爆轟的條件炸藥的燃燒在什么條件下可以轉(zhuǎn)化成爆轟呢.試驗(yàn)研究得出如下幾個(gè)初步的結(jié)論:上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)①燃燒氣體平衡的破壞,是燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z的主要原因。只要燃速超過(guò)某一臨界值,就會(huì)產(chǎn)生這種破壞。這種轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵條件是燃燒壓力的增加。下面分析一下混合氣體由燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z的過(guò)程:在混合氣體的管子開(kāi)口端點(diǎn)火時(shí),火焰才能做等速均勻傳播,而在密封的管子中燃燒時(shí),火焰則以不斷增長(zhǎng)的速度進(jìn)行傳播,燃燒不斷產(chǎn)生的氣體的膨脹使燃燒面前邊的混合氣體的壓力逐漸增大;而燃燒面壓力越大,燃燒速度就越快,密度、溫度也隨著提高,這就使以后各層氣體反應(yīng)速度更快,燃燒面前邊的氣體壓力更高,從而形成一層一層的壓縮波。這些壓縮波疊加的結(jié)果,就形成了沖擊波。隨著燃燒傳播而形成的沖擊波強(qiáng)度的增大,燃燒越來(lái)越激烈,在沖擊波強(qiáng)度達(dá)到某一臨界值就會(huì)發(fā)生爆轟。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)②凝聚炸藥的燃燒轉(zhuǎn)爆轟的機(jī)理原則上和混合氣體的燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z的機(jī)理沒(méi)有多大差別,但轉(zhuǎn)變條件根本不同。設(shè)在燃燒的過(guò)程中,化學(xué)反應(yīng)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生氣體的速度為u1,排出氣體的速度為u2,當(dāng)u1=u2時(shí),燃燒是穩(wěn)定的。如果u1>u2,即產(chǎn)生的氣體不能很快排出,這時(shí)平衡即開(kāi)始被打破;到u1?u2時(shí),燃燒反應(yīng)區(qū)內(nèi)壓力急劇增大,燃燒速度急劇加快,最后燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。③炸藥裝入殼體中,有助于燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。因?yàn)檠b入殼體后造成炸藥的燃燒在緊密閉或半密閉環(huán)境中進(jìn)行,產(chǎn)生的氣體排出受到殼體的阻礙,燃燒氣體平衡受到破壞,使燃燒反應(yīng)區(qū)壓力增高,燃燒加快,而有助于燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。④燃燒面的擴(kuò)大,可以破壞燃燒的穩(wěn)定性,促使轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)因?yàn)檫@時(shí)單位時(shí)間燃燒的炸藥量也要成比例地增加,使燃速加快,燃燒溫度增高。燃燒速度或燃燒溫度達(dá)到某一程度時(shí),燃燒就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。風(fēng)可使燃燒速度加快,也有助于爆轟的形成。⑤藥量大時(shí),易由燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。這時(shí)因?yàn)樗幜枯^大,炸藥燃燒形成的高溫反應(yīng)區(qū)將熱量傳給了尚未反應(yīng)的炸藥,使其余的炸藥受熱而爆炸。⑥燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z更重要的因素是炸藥的性質(zhì)。一般來(lái)說(shuō),化學(xué)反應(yīng)速度很高的炸藥很容易產(chǎn)生爆轟。例如各類起爆藥,特別是氮化鉛,由于反應(yīng)速度極快(爆轟成長(zhǎng)期很短),只要一點(diǎn)燃時(shí)就能轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。火藥則相反,它的燃燒過(guò)程只有在極特殊的條件下,才會(huì)發(fā)生向爆轟過(guò)程的轉(zhuǎn)化,而一般的猛炸藥則介于火藥與起爆藥之間。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)因此,銷毀炸藥時(shí),要根據(jù)炸藥的性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)匿N毀方法,用燃燒法銷毀炸藥及其制品時(shí),要注意防止燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z,以確保銷毀過(guò)程的安全。2.試驗(yàn)得到的凝聚炸藥穩(wěn)定燃燒的規(guī)律(1)壓力對(duì)燃燒速度的影響1)起爆藥燃燒時(shí),燃速與壓力的關(guān)系根據(jù)對(duì)雷汞等一些起爆藥的研究表明,大多數(shù)起爆藥在壓力高于100kPa下不能穩(wěn)定燃燒,燃燒很容易轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。在壓力低于100kPa時(shí),起爆藥的燃速與壓力呈線性關(guān)系u=a+bp?？傊?一般起爆藥的特征是,在低壓下能進(jìn)行穩(wěn)定燃燒。例如,壓制的雷汞在p=0.4Pa的低壓下,仍能穩(wěn)定燃燒。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)高壓下易由燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。對(duì)于上述特點(diǎn),疊氮化鉛是個(gè)例外,它在任何條件下均不能進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒,幾乎在點(diǎn)火的同時(shí)就立刻轉(zhuǎn)化為爆轟。2)猛炸藥的燃速與壓力的關(guān)系由試驗(yàn)研究得知,大多數(shù)猛炸藥在比大氣壓力稍高的壓力下,仍可進(jìn)行穩(wěn)定燃燒。燃燒速度與壓力的關(guān)系與起爆藥相似,也可用u=a+bp表示。3)火藥燃燒速度與壓力的關(guān)系對(duì)于無(wú)煙火藥來(lái)說(shuō),由于它是膠質(zhì)狀態(tài),結(jié)構(gòu)密實(shí),因而能夠在很大的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行燃燒。一般炮用火藥在幾千個(gè)大氣壓下,仍能穩(wěn)定燃燒。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)火藥的燃速與壓力的關(guān)系可用公式u=a+bpv表示。但由試驗(yàn)得出,壓力范圍不同,燃速表示也不一樣。4)某些無(wú)氣體藥劑的燃燒某些由氧化劑與可燃物組成的無(wú)氣體藥劑,燃燒時(shí)幾乎不產(chǎn)生氣體,反應(yīng)產(chǎn)物完全由液態(tài)或固體物質(zhì)組成,因此,在真空下仍能進(jìn)行穩(wěn)定燃燒,其燃燒速度與壓力無(wú)關(guān)。這種物質(zhì)稱為無(wú)氣體延期藥。用它的恒定燃速可以控制一定的作用時(shí)間。這種物質(zhì)燃速的特點(diǎn)為:u=a=常數(shù)上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)5)穩(wěn)定燃燒的壓力極限大多數(shù)炸藥都有穩(wěn)定燃燒的極限。穩(wěn)定燃燒的壓力上限為炸藥能保持穩(wěn)定燃燒(不轉(zhuǎn)為爆轟)的最高壓力,當(dāng)超過(guò)此壓力時(shí),炸藥就不能穩(wěn)定燃燒,將由燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。一般液態(tài)、粉狀或低密度壓裝的炸藥穩(wěn)定燃燒的壓力上限較低,而高密度壓裝、注裝的,特別是膠質(zhì)炸藥的壓力上限較高。例如,粉狀太安和黑索今穩(wěn)定燃燒的壓力上限為2.5MPa;粉狀梯恩梯和苦味酸穩(wěn)定燃燒的壓力上限為6.5MPa;密度為1.65g/cm3的太安穩(wěn)定燃燒的壓力上限大于21MPa;爆膠穩(wěn)定燃燒的壓力上限大于120MPa。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)2)影響燃速的其他因素1)炸藥理化性質(zhì)燃燒的穩(wěn)定性及其燃燒速度,首先決定化學(xué)反應(yīng)速度以及從反應(yīng)區(qū)向原炸藥層熱傳導(dǎo)的速度。如反應(yīng)區(qū)中化學(xué)反應(yīng)速度很大,而與它相對(duì)應(yīng)的熱傳導(dǎo)速度很小,則燃燒立即增強(qiáng),甚至立刻發(fā)生爆轟,如疊氮化鉛,它幾乎沒(méi)有燃燒階段而立刻轉(zhuǎn)為爆轟,就是這種情況;如化學(xué)反應(yīng)速度過(guò)小,反應(yīng)放出的熱量不能補(bǔ)償由熱傳導(dǎo)造成的熱損失,則燃燒將逐漸減弱,以至熄滅。炸藥的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)燃燒過(guò)程也有很大影響,如果炸藥的導(dǎo)數(shù)系數(shù)過(guò)大,則大量的熱量傳入很深的未反應(yīng)的炸藥層中,增大加熱層厚度,使反應(yīng)區(qū)的溫度和化學(xué)反應(yīng)速度降低,放熱量減少,以至不能維持過(guò)程的自行傳播。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)炸藥的揮發(fā)性對(duì)燃燒過(guò)程有很大的作用。易揮發(fā)性炸藥,其沸點(diǎn)或升華點(diǎn)很低,因而燃燒反應(yīng)在氣相中進(jìn)行,燃燒的性質(zhì)決定于凝聚相的汽化和蒸氣中化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)展。這是沸點(diǎn)低的液態(tài)炸藥的特有形式。2)炸藥裝藥密度炸藥的燃速隨炸藥密度的增大而減小。3)藥柱直徑如果從炸藥的一端引燃,則凝聚炸藥的燃燒存在著臨界直徑現(xiàn)象。即當(dāng)直徑小于一定值時(shí),不能維持穩(wěn)定燃燒,燃燒熄滅。燃燒的臨界直徑隨炸藥密度、燃燒、外殼材料和厚度等條件而變化。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)4)初溫炸藥的燃速也受藥柱初溫的影響,一般初溫升高100℃,各種炸藥的燃速要增加1.5~2倍。3.炸藥穩(wěn)定燃燒的順序在相同的條件下測(cè)定炸藥燃燒的穩(wěn)定性,其結(jié)果列于表5-1。由表可見(jiàn),猛炸藥燃燒穩(wěn)定性高,而起爆藥最低,易熔炸藥(熔點(diǎn)較低的)又比難熔炸藥的穩(wěn)定性高。這是因?yàn)?在燃燒時(shí),易熔猛炸藥在反應(yīng)區(qū)傳來(lái)的熱量作用下能熔化,形成薄層熔體。加上凝聚相的反應(yīng)速度又較小,所以,在藥柱表面能形成密實(shí)的熔化層。在穩(wěn)定燃燒時(shí),這個(gè)熔化層起著阻礙氣體滲入的隔斷作用。因此,只要該層密實(shí),燃燒始終就是穩(wěn)定的。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)熔化層密實(shí)與否與藥柱的多孔性有關(guān),只要該層厚度比最大孔隙直徑大,燃燒就穩(wěn)定,例如試驗(yàn)曾測(cè)出在壓力為10MPa時(shí),梯恩梯、苦味酸、太安、黑索今的熔化層厚度分別是50μm、35μm、12μm、5μm,在30MPa時(shí),熔化層厚度分別減少到18μm、12μm、3μm、2μm。所以,在孔隙直徑一定時(shí),高壓下燃燒就變得不穩(wěn)定。熔化層厚度的排列順序是和燃燒穩(wěn)定性的順序相同的。至于難熔炸藥,在燃燒時(shí)不會(huì)生成熔化層,而凝聚相中的反應(yīng)速度又相當(dāng)大,氣體產(chǎn)物容易滲入藥柱,固相反應(yīng)也促進(jìn)了表面層中物質(zhì)的迸裂,使燃燒的比表面積加大,這些都促使燃燒趨向不穩(wěn)定。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)4.炸藥燃燒轉(zhuǎn)爆轟的防止由于爆炸帶來(lái)的災(zāi)害比火災(zāi)要大得多,因此,當(dāng)火炸藥發(fā)生火災(zāi)事故時(shí),要及時(shí)正確處理,以免火勢(shì)蔓延甚至轉(zhuǎn)化為爆炸。在炸藥生產(chǎn)工房?jī)?nèi),除應(yīng)設(shè)有消火栓以外,還應(yīng)安裝自動(dòng)雨淋管網(wǎng)消防系統(tǒng),并在室內(nèi)外安裝自動(dòng)與手動(dòng)兩套開(kāi)關(guān),同時(shí)要求雨淋管網(wǎng)從開(kāi)關(guān)動(dòng)作到開(kāi)始出水的時(shí)間越短越好。目前某些自動(dòng)雨淋器的啟動(dòng)時(shí)間為35ms,這樣,在火炸藥產(chǎn)生初期燃燒火焰時(shí),就能通過(guò)大量水來(lái)抑制火焰?zhèn)鞑ヂ踊蛴扇紵D(zhuǎn)為爆炸。當(dāng)火藥、炸藥、民用爆破器材等發(fā)生火災(zāi)時(shí),切不可用砂土掩蓋,以免壓力增加而由燃燒轉(zhuǎn)化為爆轟,可用大量水撲救,同時(shí)將未燃燒的爆炸品迅速撤離火場(chǎng)范圍。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)采用燃燒法銷毀炸藥時(shí),炸藥堆積不要太厚,以免燃燒轉(zhuǎn)爆炸。存放火藥的庫(kù)房或盛裝火藥的各種容器強(qiáng)度和密封程度要合理,否則火藥的意外著火會(huì)由于壓力的升高而轉(zhuǎn)化為爆炸。如果發(fā)生較大火災(zāi),要設(shè)法把人員從危險(xiǎn)區(qū)撤離到安全區(qū)。為此,平時(shí)要充分估計(jì)到事故發(fā)生的可能性,并事先指定安全疏散區(qū)。這樣,可減輕事故帶來(lái)的損失。5.3.5炸藥的感度1.炸藥感度的一般概念炸藥的感度就是炸藥受到外界能量作用而引起爆炸的難易程度。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)如果某種炸藥在很小的某種外界能量作用下就能被激發(fā)爆炸,我們說(shuō)這種炸藥對(duì)于這種外界作用比較敏感或感度高;而另一種炸藥在很大的同種形式外界作用下才能被激發(fā)爆炸,我們說(shuō)這種炸藥對(duì)于這種外能作用比較鈍感或感度低。例如,有一種叫碘化氮的炸藥,只要用羽毛輕輕地觸動(dòng)就能爆炸,而梯恩梯用槍彈穿射也可能不爆炸。兩者相比較,碘化氮十分敏感,梯恩梯則比較鈍感。激發(fā)炸藥爆炸所用的能量叫初始能或起爆能。常見(jiàn)的初始能有機(jī)械能(撞擊、摩擦、針刺)、熱能(直接加熱、火花、火焰)、爆炸能(爆轟波、沖擊波)、電能(靜電、電熱絲)等。炸藥的感度就是指炸藥對(duì)這些具體的起爆能的敏感度。與此對(duì)應(yīng),炸藥的感度分為撞擊感度、摩擦感度、針刺感度、火焰感度、爆轟感度、沖擊波感度、靜電火花感度等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)同種炸藥對(duì)于各種不同形式的外能作用的感度,沒(méi)有什么當(dāng)量關(guān)系,即找不出它們之間相互量的規(guī)律。各種炸藥對(duì)于不同形式的初始起爆能,具有一定的選擇性。例如四氮烯對(duì)機(jī)械作用很敏感,斯蒂酚酸鉛對(duì)火焰作用很敏感。再如,疊氮化鉛撞擊感度大于斯蒂酚酸鉛的,而火焰感度又不如斯蒂酚酸鉛的。研究炸藥的感度,對(duì)于炸藥的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用的安全性,都具有重要的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。2.炸藥的熱感度炸藥的熱感度就是指炸藥在熱的作用下發(fā)生爆炸的難易程度。熱作用主要有兩種形式:一種是均勻加燒的形式,另一種是火焰直接灼燒的形式。為了便于區(qū)別,我們把炸藥對(duì)于均勻加熱的感度稱為熱感度,把對(duì)火焰的感度稱為火焰感度。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)3.炸藥的機(jī)械感度炸藥在機(jī)械作用下(如撞擊、摩擦、針刺)發(fā)生爆炸的難易程度稱為炸藥的機(jī)械感度。按機(jī)械作用的形式不同,炸藥的機(jī)械感度相應(yīng)地分為撞擊感度、摩擦感度、針刺感度等。5.炸藥的靜電火花感度兩個(gè)物體互相摩擦,不但能產(chǎn)生熱,而且能產(chǎn)生靜電。絕大多數(shù)炸藥都屬于絕緣物質(zhì),所以炸藥顆粒之間的摩擦,炸藥和其他物質(zhì)的摩擦,都會(huì)產(chǎn)生靜電,而且容易產(chǎn)生高壓。這種高壓靜電在條件適當(dāng)時(shí)就會(huì)放電,產(chǎn)生電火花引起炸藥爆炸。炸藥在靜電火花作用下發(fā)生爆炸的難易程度叫作炸藥的靜電火花感度。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)在炸藥生產(chǎn)和加工過(guò)程中,不可避免地會(huì)產(chǎn)生摩擦,形成的靜電往往達(dá)到數(shù)百至數(shù)千伏,因此,靜電是火炸藥及其制品發(fā)生事故的一個(gè)重要原因。炸藥由于靜電而發(fā)生爆炸涉及兩個(gè)方面:一個(gè)是炸藥本身產(chǎn)生靜電的難易程度,另一個(gè)是炸藥在靜電火花作用下發(fā)生爆炸的難易程度。6.影響炸藥感度的因素炸藥的感度主要取決于炸藥自身的理化性質(zhì)及裝藥條件。(1)炸藥的理化性質(zhì)與感度的關(guān)系原子團(tuán)的穩(wěn)定性:炸藥爆炸的根本原因是炸藥結(jié)構(gòu)中的原子間鍵的破裂,由原來(lái)的相對(duì)不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)變成相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。所以,原子團(tuán)的穩(wěn)定性對(duì)炸藥的感度有很大的影響。鍵能大的,結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定,感度就低;反之,感度高。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)不穩(wěn)定原子團(tuán)的性質(zhì)、所在位置及數(shù)量均對(duì)炸藥的感度有影響。通常情況下,硝酸酯類炸藥的感度最高,硝銨類次之,硝基類最小,所以感度順序?yàn)?PETN>RDX>TNT。一般情況下,—OCl比—ONO2穩(wěn)定性差。開(kāi)鍵結(jié)構(gòu)的炸藥比環(huán)鏈結(jié)構(gòu)的炸藥穩(wěn)定性差。芳香族的硝基衍生物的炸藥感度隨著取代基和硝基的數(shù)目增高而增高。幾種常用炸藥的結(jié)構(gòu)列于表5-2。(2)炸藥物理狀態(tài)及裝藥條件對(duì)感度的影響炸藥狀態(tài)的影響:炸藥由固態(tài)變?yōu)闈鈶B(tài)時(shí),感度可能提高。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)炸藥晶形的影響:氮化鉛有兩種不同晶形,即α型和β型,β型結(jié)晶比α型結(jié)晶機(jī)械感度要高得多。奧克托金有α、β、γ、δ四種晶形,其穩(wěn)定性:γ<α<δ<β。炸藥的顆粒度:炸藥的顆粒度主要影響其爆轟感度。顆粒越小,爆轟感度越大。裝藥密度和裝藥的物理結(jié)構(gòu):裝藥密度主要影響爆轟感度和火焰感度,一般情況下,密度升高,感度降低。裝藥的物理結(jié)構(gòu)對(duì)爆轟感度的影響也很大,如相同密度下,壓裝TNT比鑄裝的感度大。溫度和濕度:隨著炸藥初始溫度的升高,感度增高;而濕度增加時(shí),炸藥感度降低。附加物或雜質(zhì):向炸藥內(nèi)摻入附加物或雜質(zhì),可使炸藥的感度特別是機(jī)械感度發(fā)生顯著的變化。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)附加物對(duì)炸藥機(jī)械感度的影響取決于附加物的硬度、熔點(diǎn)、含量、粒度等性質(zhì)。附加物硬度小、熔點(diǎn)低、塑性大、黏性大時(shí),可使炸藥機(jī)械感度降低;反之,若附加物的硬度大于炸藥的,熔點(diǎn)高于爆發(fā)點(diǎn)時(shí),使炸藥感度提高?？墒拐ㄋ幐卸仍龈叩母郊游锓Q為敏感劑;而使炸藥感度降低的附加物稱為鈍感劑。利用這一原理,人們常常在某些威力較大但機(jī)械感度較高的猛炸藥中添加部分鈍感劑以降低其機(jī)械感度,從而保證平時(shí)勤務(wù)處理的安全。常見(jiàn)的鈍感劑有石蠟、凡士林、樟腦、硬脂酸等;相反,某些敏感劑,如砂子、玻璃粉和金屬微粒等,是在火炸藥生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)避免帶入的。此外,液體炸藥中的氣泡、固體藥柱中的裂縫等都將對(duì)炸藥感度有較大影響。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)根據(jù)炸藥的感度,在炸藥制造、加工、運(yùn)輸和使用時(shí),應(yīng)建立必要的技術(shù)安全規(guī)則,防患于未然。以往人們一提起炸藥,總存在一種恐懼心理,認(rèn)為它是一觸即發(fā)的物質(zhì),非常危險(xiǎn),通過(guò)了解了炸藥的感度特性以后,就可知道這是對(duì)炸藥的一種不全面的認(rèn)識(shí)。事實(shí)上大多數(shù)的猛炸藥都是相當(dāng)安定的,即使是比較敏感的起爆藥,它們也并非對(duì)所有外能作用都敏感,而是具有一定的選擇性。因此只要我們了解了炸藥各自的感度特性后,針對(duì)性地采取預(yù)防措施,炸藥是不會(huì)無(wú)緣無(wú)故發(fā)生爆炸的。7.爆炸品感度試驗(yàn)升降法(Bruceton法)布魯斯頓(Bruceton)法的數(shù)學(xué)原理與推導(dǎo)過(guò)程在此不做介紹,現(xiàn)將其方法介紹如下。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)以火焰雷管的火焰感度為例,在離雷管不同距離處放一黑火藥柱,當(dāng)黑火藥柱點(diǎn)燃后噴出的火焰作用在雷管表面,以雷管50%發(fā)火的火焰距離代表雷管的火焰感度。(1)試驗(yàn)方法布魯斯頓法的試驗(yàn)方法的特點(diǎn)是取50%發(fā)火與50%不發(fā)火的點(diǎn)。先選擇一個(gè)試驗(yàn)距離的起始值h,并確定試驗(yàn)點(diǎn)之間的間隔(步長(zhǎng))d。點(diǎn)的估計(jì)值盡量選在發(fā)火與不發(fā)火的數(shù)量差不多的地方,就是選在一個(gè)接近50%發(fā)火與不發(fā)火的距離。步長(zhǎng)d的大小應(yīng)選擇適當(dāng)。d太小,試驗(yàn)點(diǎn)必然要多,而d太大,要影響結(jié)果的精確度。通常保持試驗(yàn)水平在4~6較為合適。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)從選定的距離起始值h點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn),如果第一發(fā)試驗(yàn)發(fā)火,第二發(fā)樣品則增加一個(gè)間隔距離d,即在h+d點(diǎn)試驗(yàn);如果第一發(fā)試驗(yàn)不發(fā)火,那么第二發(fā)樣品則縮小一個(gè)間隔距離d,即在h-d點(diǎn)試驗(yàn),依此類推,一般試驗(yàn)總數(shù)為25~30發(fā)。試驗(yàn)記錄見(jiàn)表5-3,表中“×”表示發(fā)火,“○”表示不發(fā)火。(2)試驗(yàn)結(jié)果的整理為了便于下一步50%發(fā)火距離XR的計(jì)算,將表5-3的試驗(yàn)結(jié)果整理成表5-4,將表5-3中的最近距離即h-2d=8cm表示為0,h-d=9cm表示為1;依此類推,即將試驗(yàn)條件簡(jiǎn)化為間隔d的等差級(jí)數(shù)i,由小到大,用i=0、1、2、3、4表示。然后將試驗(yàn)結(jié)果發(fā)火“×”的發(fā)數(shù)ni和不發(fā)火“○”的發(fā)數(shù)n'i對(duì)應(yīng)于試驗(yàn)條件逐項(xiàng)列出。再將試驗(yàn)結(jié)果加以整理,把in和i2n的乘積分別通項(xiàng)整理計(jì)算。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)(3)50%發(fā)火距離XR的計(jì)算式中,c———試驗(yàn)條件的最小值;d———試驗(yàn)間隔;N———∑ni;A———∑ini。選用“×”的數(shù)據(jù)時(shí),公式取“+”號(hào),選用“○”的數(shù)據(jù)時(shí),則取“-”號(hào)。由于例中“×”與“○”的數(shù)目相等,可以任意選擇(平時(shí)應(yīng)以較小者為準(zhǔn))。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)如果取“×”(發(fā)火)的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算,公式取“+”號(hào),則c=8cm、d=1cm、A=19、N=15。故XR=8+1×1915+12?è???÷=9.8(cm)。如果取“○”(不發(fā)火)的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算,公式取“-”號(hào),則c=8cm、d=1cm、A=∑in'i=34、N=∑n'i=15,故XR=8+1×3415-12?è???÷=9.8(cm)?？梢钥闯?計(jì)算時(shí)不論取“×”還是“○”,其結(jié)果都是相同的。5.3.6炸藥的爆炸作用1.炸藥的威力炸藥爆轟結(jié)束后,生成的高溫高壓氣體產(chǎn)物在膨脹過(guò)程中對(duì)周圍介質(zhì)施加的各種破壞作用和拋擲作用,稱為炸藥的爆炸作用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)炸藥爆炸時(shí)對(duì)周圍介質(zhì)所產(chǎn)生的各種爆炸作用的總和,稱為炸藥的做功能力,也叫炸藥的威力。2.空氣沖擊波的破壞作用炸藥在空氣中爆炸時(shí)對(duì)周圍介質(zhì)的破壞,主要有兩種作用方式:爆轟產(chǎn)物的直接作用和爆轟產(chǎn)物在空氣中膨脹形成的空氣沖擊波的作用。炸藥在空氣中爆炸時(shí),大約有75%的能量供給空氣沖擊波,所以空氣沖擊波是炸藥爆炸破壞的一種主要作用形式。炸藥爆炸的破壞作用范圍可用圖5-12來(lái)描述。圖中的O點(diǎn)是炸藥的爆炸中心,球形裝藥的半徑為r0。Ⅰ區(qū)(14r0以內(nèi))爆轟產(chǎn)物直接作用與空氣沖擊波的作用同時(shí)存在,但主要是爆轟產(chǎn)物的直接作用;Ⅱ區(qū)(14~20)r0爆轟產(chǎn)物的直接作用與空氣沖擊波的作用同時(shí)存在;Ⅲ區(qū)(20r0以外)主要是空氣沖擊波作用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)空氣沖擊波最顯著的特點(diǎn)是在波陣面前面的空氣受到擾動(dòng)以后,壓力突躍增高。未擾動(dòng)空氣壓力和波陣面上的空氣壓力之差,稱為空氣沖擊波的超壓Δp,超壓值越大,對(duì)建筑物和人員的破壞殺傷作用越大。一般認(rèn)為,超壓值大于50kPa時(shí),即可使人產(chǎn)生致命傷。經(jīng)大量試驗(yàn)測(cè)定,炸藥爆炸形成的空氣沖擊波的破壞作用隨著裝藥量的增大而增大,隨著離爆炸中心的距離的增大而減小。5.3.7炸藥的殉爆炸藥爆炸時(shí)引起鄰近炸藥爆炸的現(xiàn)象叫作殉爆。如圖5-13所示,裝藥A和B被惰性介質(zhì)(如空氣、水、土等)隔開(kāi),當(dāng)它們之間的距離小于某一值時(shí),炸藥A爆炸會(huì)引起炸藥B爆炸。裝藥A稱為主發(fā)裝藥,裝藥B稱為被發(fā)裝藥。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)殉爆現(xiàn)象可以被利用,例如,用殉爆的方法排除采礦作業(yè)中的瞎炮,利用殉爆去炸毀敵人的彈藥庫(kù),利用炮彈或火箭彈去殉爆敵人布設(shè)的地雷等。但是,在生產(chǎn)中殉爆會(huì)擴(kuò)大事故,造成更大的損失。因此,研究炸藥的殉爆,對(duì)于安全技術(shù)也是一個(gè)重要的課題。1.發(fā)生殉爆的原因主發(fā)裝藥爆炸后,有四種作用可引起被發(fā)裝藥發(fā)生殉爆。①主發(fā)裝藥的爆轟產(chǎn)物直接作用于被發(fā)裝藥:當(dāng)兩裝藥間的介質(zhì)密度不很大(如空氣),距離不很遠(yuǎn)時(shí),主發(fā)裝藥的爆轟產(chǎn)物就能夠直接沖擊被發(fā)裝藥,使其在爆轟產(chǎn)物的沖擊與加熱作用下發(fā)生爆炸。②沖擊波沖擊被發(fā)裝藥:當(dāng)主發(fā)裝藥與被發(fā)裝藥具有一定距離時(shí),主發(fā)裝藥爆炸的爆轟產(chǎn)物雖然直接沖擊不到被發(fā)裝藥,但被發(fā)裝藥可能因主發(fā)裝藥爆炸時(shí)在空氣中(或其他惰性介質(zhì))形成的沖擊波的沖擊壓縮作用而殉爆。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)③破片或飛散物撞擊被發(fā)裝藥:主發(fā)裝藥爆炸時(shí)所產(chǎn)生的破片(如主發(fā)裝藥的外殼破片,主發(fā)裝藥爆炸使周圍的介質(zhì)破碎所產(chǎn)生的破片等)以一定的速度向四周飛散,破片撞擊在被發(fā)裝藥上,也可能引起殉爆。④火焰作用于被發(fā)裝藥:主發(fā)裝藥與被發(fā)裝藥之間若有可燃物,主發(fā)裝藥爆炸產(chǎn)生的高溫就會(huì)引起這些可燃物燃燒,從而使被發(fā)裝藥發(fā)生爆炸。當(dāng)然,在實(shí)際情況下,也可能是以兩種或兩種以上因素的綜合作用。如介質(zhì)是空氣,且兩裝藥相距較近,主發(fā)裝藥又有外殼時(shí),就可能是前三種因素都起作用。2.影響殉爆的因素兩裝藥間發(fā)生殉爆的能力一般用殉爆距離表示。能引起殉爆的兩裝藥間的最大距離稱殉爆距離。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)殉爆距離的長(zhǎng)短與許多因素有關(guān),其中有:主發(fā)裝藥的性質(zhì)和藥量:主發(fā)裝藥的性質(zhì)和藥量決定其威力和起爆能力的大小,即決定所釋放能量的大小。殉爆距離隨主發(fā)裝藥的爆速、密度、藥量的增大而增大。被發(fā)裝藥的感度和密度:被發(fā)裝藥的感度越大,殉爆距離就越長(zhǎng)。因此,凡是影響被發(fā)裝藥感度的所有因素都影響殉爆距離。當(dāng)被發(fā)裝藥密度小時(shí),其爆轟感度大,因此殉爆距離也大。裝藥的外殼:一般地,主發(fā)裝藥有外殼,且外殼強(qiáng)度不很大時(shí),爆炸后飛散的破片會(huì)使殉爆距離增加。而被發(fā)裝藥有外殼時(shí),將使殉爆距離減小。主發(fā)裝藥和被發(fā)裝藥之間的相關(guān)位置:當(dāng)主發(fā)裝藥藥量比較小時(shí)(幾千克),殉爆距離還與主、被發(fā)裝藥間的相關(guān)位置有關(guān)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)被發(fā)裝藥沿著主發(fā)裝藥爆轟傳播方向放置時(shí),殉爆距離就大些;背向主發(fā)裝藥爆轟傳播方向或在傳播方向的側(cè)面放置時(shí),殉爆距離就小些。地形地物:溝坎、土包、土圍墻等,對(duì)爆轟產(chǎn)物、火焰、破片、沖擊波都有攔截作用,因此可減小殉爆距離。管道有助于殉爆:當(dāng)兩裝藥間用管子連接時(shí),爆轟產(chǎn)物及沖擊波就能更好地集中向某一方向飛散,增強(qiáng)了起爆能力,使殉爆距離增大。如果炸藥工房?jī)?nèi)設(shè)置的管道內(nèi)有浮藥,管道就可能起導(dǎo)爆管的作用,而引起殉爆的發(fā)生。裝藥間介質(zhì)的性質(zhì):裝藥間為密實(shí)介質(zhì)時(shí),殉爆距離短;為不密實(shí)介質(zhì)時(shí),殉爆距離長(zhǎng)。有些材料(如砂、泥土等)的塑性好,對(duì)沖擊波有吸收和衰減作用,可以阻礙殉爆的發(fā)生。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)3.防止殉爆的安全措施①規(guī)定和控制炸藥的最大存藥量。炸藥在工房和庫(kù)房?jī)?nèi)的最大存藥量,應(yīng)根據(jù)炸藥及其制品的品種、工庫(kù)房的建筑等級(jí)和建筑結(jié)構(gòu)、相鄰工庫(kù)房的實(shí)際水平距離以及有無(wú)防護(hù)土圍和地形情況來(lái)確定,在保證生產(chǎn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下,應(yīng)盡量壓縮到最低限度。②規(guī)定工庫(kù)房之間的最小允許距離。從安全角度看,兩個(gè)危險(xiǎn)工庫(kù)房之間的距離越大越安全,但是這樣占地面積過(guò)大,生產(chǎn)聯(lián)系也不方便,因此,應(yīng)確定一個(gè)最小允許距離,在這個(gè)距離內(nèi)允許相鄰建筑因一方爆炸而發(fā)生有限破壞,但至少不致造成房屋倒塌,不致發(fā)生殉爆。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.３炸藥的有關(guān)知識(shí)③工庫(kù)房之間設(shè)置防護(hù)土圍。在炸藥倉(cāng)庫(kù)以及某些危險(xiǎn)性大的生產(chǎn)工房周圍常常建筑一道土圍墻,這樣可以大大縮小工房與庫(kù)房以及它們與其他建筑物之間的安全距離。此外,在有爆炸危險(xiǎn)的各工序之間以及各工房之間,必須設(shè)立單獨(dú)的通風(fēng)管道,廠房?jī)?nèi)用明下水道,等等。上一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論爆轟是炸藥化學(xué)變化的典型形式,而且爆轟給外界帶來(lái)的災(zāi)害和損害往往比燃燒大得多。因此,研究炸藥的爆轟過(guò)程,掌握適當(dāng)?shù)谋Z理論知識(shí),對(duì)于炸藥以至各種爆炸性物質(zhì)(包括爆炸性混合氣體)的安全使用和管理,有著重要的指導(dǎo)作用。爆轟與沖擊波往往是分不開(kāi)的,為了更好地掌握爆轟理論,必須首先具備沖擊波的基礎(chǔ)知識(shí)。為此,本節(jié)的討論將從沖擊波開(kāi)始。5.4.1沖擊波理論基礎(chǔ)1.聲波與聲速在一定條件下,物質(zhì)以一定狀態(tài)存在。如果由于外部的作用使物質(zhì)的某一局部發(fā)生了狀態(tài)變化,如壓力、密度等的改變,就稱為擾動(dòng)。下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論在彈性介質(zhì)中,某個(gè)局部受到作用后,由于物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的相互作用,由近及遠(yuǎn)地使物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)陸續(xù)發(fā)生擾動(dòng),這種擾動(dòng)在介質(zhì)中的傳播就叫作波。在波傳播過(guò)程中,介質(zhì)原始狀態(tài)與擾動(dòng)狀態(tài)的交界面,叫作波陣面。波陣面在一定方向上發(fā)生位移的速度就是波傳播的速度,簡(jiǎn)稱波速。擾動(dòng)傳播的速度與擾動(dòng)的強(qiáng)弱有關(guān)。如果由擾動(dòng)引起狀態(tài)參數(shù)的變化很小,則這一擾動(dòng)稱為弱擾動(dòng);反之,如果擾動(dòng)引起狀態(tài)參數(shù)明顯改變,則稱為強(qiáng)擾動(dòng)。在彈性介質(zhì)中(例如空氣)可以傳播壓縮波和膨脹波?，F(xiàn)在以活塞在充滿氣體的管中運(yùn)動(dòng)為例,來(lái)說(shuō)明壓縮波和膨脹波。圖5-14表示在充滿氣體的無(wú)限長(zhǎng)的管中推動(dòng)活塞產(chǎn)生壓縮波的情況。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論在某一瞬間,活塞從R0移動(dòng)到某一位置R1,原來(lái)靠近活塞在R0與R1間的氣體受到壓縮而移動(dòng)到R1和A1間。在R1和A1間,氣體的壓力、密度都升高,然后這種壓縮過(guò)程在充氣的管中逐層傳遞下去,就形成壓縮波。管中已經(jīng)被壓縮的氣體和未被壓縮的氣體的分界面就是壓縮波的波陣面,以A1表示,在波陣面右邊是還未受到壓縮的氣體,其狀態(tài)就是管中氣體狀態(tài),壓力為p,密度為ρ。波陣面左邊是受到壓縮的氣體,其狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生變化,壓力為p+Δp,密度為ρ+Δρ。由于波陣面兩邊存在壓力差,其左邊的氣體將推擠右邊的,使其壓力、密度升高。而已被壓縮的氣體又將繼續(xù)推擠未被壓縮的,由此逐層傳遞下去,甚至在活塞停止后,波陣面仍將繼續(xù)向右移動(dòng)。由此可見(jiàn),在壓縮波的情況下,波陣面到達(dá)之處,介質(zhì)壓力、密度等參數(shù)增大,波的傳播方向與介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向相同。我們把波陣面上介質(zhì)的壓力、密度等參數(shù)增量很小的波稱為弱壓縮波。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論在相反的情況下,如管活塞沿管向左運(yùn)動(dòng),就形成膨脹波,如圖5-15所示,這里不再贅述。需提出的是,在膨脹波的情況下,波陣面到達(dá)之處,介質(zhì)壓力、密度等參數(shù)減小,波的傳播方向與介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向相反。如果活塞放在管的中央并以一定頻率做往復(fù)運(yùn)動(dòng),則管中活塞兩邊氣體以一定頻率交替地發(fā)生壓縮與膨脹,介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)將在原來(lái)位置振動(dòng),而波向左右傳播,這種波就是聲波。音叉在介質(zhì)中振動(dòng)而發(fā)聲就是這種情況。2.沖擊波的形成沖擊波是波陣面以突躍面的形式在彈性介質(zhì)中傳播的壓縮波,波陣面上介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)變化是突躍式的?，F(xiàn)在用活塞在充滿氣體的管子中做加速運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)明沖擊波的形成及其特征,如圖5-16所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論當(dāng)活塞由靜止以很小的速度增量dW開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí),活塞前的氣體受到壓縮,產(chǎn)生一個(gè)壓縮波。此壓縮波在未擾動(dòng)的介質(zhì)中傳播,其傳播速度為未擾動(dòng)介質(zhì)中的聲速C,活塞和波陣面間的氣體以速度dW沿波傳播的方向運(yùn)動(dòng),如圖5-16(b)所示。接著,如果活塞運(yùn)動(dòng)速度再增加一個(gè)很小的數(shù)值dW,則在活塞前面產(chǎn)生第二個(gè)壓縮波,如圖5-16(c)所示,而且此壓縮波是在已經(jīng)被第一個(gè)波壓縮過(guò)的介質(zhì)中傳播。如果不忽略第一波壓縮過(guò)的介質(zhì)溫度(或壓力、密度)較未壓縮前的升高,其聲速C+dC亦較大。另外,已壓縮過(guò)的氣體有一個(gè)與波傳播方向相同的速度,故第二個(gè)壓縮波的傳播速度比第一個(gè)大,因此第二個(gè)波能趕上第一個(gè)波。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論同樣,當(dāng)活塞繼續(xù)加速至W時(shí),在其前面產(chǎn)生一系列的壓縮波,它們的波速都比其前面的大,各個(gè)波互相追逐,并且有累積而聯(lián)合成一個(gè)強(qiáng)壓縮波的趨勢(shì)。這樣,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,后面的壓縮波都趕上了第一個(gè)波,疊加成了壓力突躍升高的沖擊波。它的波陣面是突躍面,波陣面上的壓力、密度、溫度和介質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)都突躍升高。需說(shuō)明的是,當(dāng)活塞在充滿氣體的管中加速運(yùn)動(dòng)形成沖擊波時(shí),并不要求活塞的速度超過(guò)未擾動(dòng)氣體中的聲速,而在空氣中運(yùn)動(dòng)的物體要形成沖擊波,其運(yùn)動(dòng)的速度必須超過(guò)(或接近)空氣中的聲速。這是因?yàn)榛钊谥車忾]的管中運(yùn)動(dòng),活塞將活塞后的膨脹區(qū)隔開(kāi)了,介質(zhì)參數(shù)的變化可以積累起來(lái)而形成沖擊波,而當(dāng)物體在三維空間運(yùn)動(dòng)時(shí),若其速度低于空氣中的聲速,則其前面的壓縮波以空氣中的聲速傳播。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論物體向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí),其周圍空氣則向其后的真空地帶膨脹,形成膨脹波,使運(yùn)動(dòng)物體前面空氣的壓縮狀態(tài)不能疊加起來(lái),所形成的壓縮波總是以未擾動(dòng)的空氣中的聲速傳播,故不能形成沖擊波。總之,沖擊波是由壓縮波疊加形成的。沖擊波的形成是由量變到質(zhì)變的過(guò)程,二者的性質(zhì)有本質(zhì)的差異。弱壓縮波通過(guò)時(shí),介質(zhì)狀態(tài)發(fā)生連續(xù)變化,而沖擊波通過(guò)時(shí),介質(zhì)狀態(tài)發(fā)生突躍變化。弱壓縮波的傳播速度等于未擾動(dòng)介質(zhì)中的聲速,其速度大小只取決于未擾動(dòng)介質(zhì)的狀態(tài),而與波的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。沖擊波的傳播速度大于擾動(dòng)介質(zhì)的聲速,其速度大小取決于波的強(qiáng)度。3.沖擊波與聲波不同的特性①?zèng)_擊波傳播速度永遠(yuǎn)大于未擾動(dòng)介質(zhì)中的聲速;上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論②在沖擊波波陣面上的介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(p、ρ、T)發(fā)生突躍變化,而聲波的狀態(tài)參數(shù)的變化則接近于零;③受到?jīng)_擊波壓縮時(shí),波陣面介質(zhì)要發(fā)生位移,對(duì)于正沖擊波,介質(zhì)移動(dòng)方向與沖擊波傳播方向是一致的,而聲波介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置上振動(dòng),不發(fā)生位移;④沖擊波波速與其強(qiáng)度有很大關(guān)系,而聲波則不然;⑤介質(zhì)受沖擊波壓縮時(shí)熵增大,而聲波的傳播接近等熵過(guò)程;⑥沖擊波無(wú)周期性,以獨(dú)特的壓縮突躍形式進(jìn)行傳播;⑦沖擊波衰減的結(jié)果是傳播速度趨于聲速,即沖擊波衰減為聲速。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論4.沖擊波參數(shù)計(jì)算沖擊波參數(shù)包括壓力p1、比容或密度V1(ρ1)、溫度T1、介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)速度u1和波速D。通過(guò)質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒定律,可得出沖擊波的三個(gè)基本關(guān)系式:

其中,E代表介質(zhì)單位質(zhì)量的內(nèi)能;下標(biāo)0代表未受擾動(dòng)介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論5.4.2爆轟的流體力學(xué)理論1.爆轟的流體力學(xué)理論的基本模型流體力學(xué)的爆轟理論認(rèn)為:爆轟是沖擊波在炸藥中傳播而引起的。沖擊波在炸藥中傳播可能有兩種情況:一種情況是和在惰性介質(zhì)中傳播的沖擊波相似,即不引起炸藥中的化學(xué)變化,這種過(guò)程如無(wú)外部因素的持續(xù)作用,則不可能維持恒速傳播。這是因?yàn)闆_擊波陣面通過(guò)時(shí),介質(zhì)受到不可逆壓縮,熵增加,引起能量的不可逆損失,所以必然要在傳播中衰減下去;另一種情況是由于沖擊波的劇烈壓縮而引起炸藥的快速化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)放出的能量又支持沖擊波的傳播,可以使其維持定速而不衰減,這種緊跟著化學(xué)反應(yīng)的沖擊波,或者伴有化學(xué)反應(yīng)的沖擊波,稱為爆轟波。爆轟就是爆轟波在炸藥中傳播的過(guò)程。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論圖5-17是爆轟波結(jié)構(gòu)的示意圖。從圖上可以看出,當(dāng)炸藥爆轟時(shí),最前邊的是前沿沖擊波,在前沿沖擊波的波陣面上,炸藥的壓力由原始?jí)毫ν卉S為p1,炸藥受到劇烈壓縮,溫度升高,發(fā)生迅速的化學(xué)反應(yīng)。在化學(xué)反應(yīng)時(shí)壓力下降,至反應(yīng)結(jié)束時(shí)下降為p2。由化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始到化學(xué)反應(yīng)結(jié)束的這個(gè)區(qū)域稱為化學(xué)反應(yīng)區(qū),對(duì)于凝聚炸藥,化學(xué)反應(yīng)區(qū)的寬度一般為0.1~1mm。在反應(yīng)結(jié)束后,爆轟產(chǎn)物發(fā)生等熵膨脹,壓力下降較平緩。圖5-17所示的爆轟波的模型就是爆轟波的Z-N-D模型,是捷爾邁維奇、馮·諾依曼和達(dá)爾嶺在20世紀(jì)40年代各自獨(dú)立提出來(lái)的?；瘜W(xué)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的反應(yīng),實(shí)質(zhì)上是一種高溫高壓下的快速燃燒。由于在反應(yīng)區(qū)提供了能量,支持了爆轟波的穩(wěn)定傳播。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論上述模型是一個(gè)理想的經(jīng)典模型,它不能完全反映爆轟波在反應(yīng)區(qū)內(nèi)所發(fā)生過(guò)程的實(shí)際情況。實(shí)際的爆轟波反應(yīng)區(qū)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)并不完全如模型那樣井然有序地進(jìn)行層層展開(kāi),尤其對(duì)于凝聚炸藥,爆轟波內(nèi)所發(fā)生的過(guò)程比氣體爆轟波要復(fù)雜得多,往往是氣相和凝聚相同時(shí)存在的多相不均勻結(jié)構(gòu),這種多相不均勻結(jié)構(gòu)造成了狀態(tài)參數(shù)的不均勻性。2.氣相爆轟的流體力學(xué)理論研究氣相爆轟過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的流體力學(xué)爆轟理論,是研究各種炸藥理論的基礎(chǔ)。目前氣相爆轟的流體力學(xué)理論已處于非常成熟的階段,在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的凝聚相和多相爆轟理論也日趨完善。為了研究氣相爆轟和其他炸藥的爆轟,這里先扼要介紹氣相爆轟的流體力學(xué)理論。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論與沖擊波理論相似,也可建立起氣相爆轟的基本關(guān)系式:

式中,QV———爆轟化學(xué)反應(yīng)區(qū)所釋放的熱量,通常稱為爆轟熱;e———炸藥的內(nèi)能。5.4.3凝聚炸藥的爆轟過(guò)程1.爆轟反應(yīng)區(qū)的結(jié)構(gòu)在上一節(jié)里,我們介紹了描述爆轟波結(jié)構(gòu)的Z-N-D模型。按照這一模型,把爆轟波看成是由前沿沖擊波和緊跟在后面的化學(xué)反應(yīng)區(qū)構(gòu)成的,它們以同一速度D沿著炸藥傳播。上一頁(yè)下一頁(yè)返回５.４炸藥的爆轟理論Z-N-D模型是對(duì)氣相爆轟提出的,但通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證表明,該模型可用來(lái)描述凝聚炸藥爆轟波的概貌。2.凝聚炸藥爆轟參數(shù)計(jì)算上面已說(shuō)過(guò),對(duì)于凝聚炸藥,爆轟波傳播的Z-N-D模型仍然是適用的