干货|爆炸与炸药基础

爆炸现象

     是某一物理系统在发生迅速的物理和化学变化时，系统本身的能量借助于气体的急剧膨胀而转化为对周围介质做功，同时伴随有强烈放热、发光和声响等效应的过程。   例如：锅炉爆炸、原子弹爆炸、放鞭炮、自行车炸胎等。

分类：           物理爆炸、化学爆炸、核爆炸

     1）物理爆炸：只是物质形态发生变化，而化学成分和性质没有改变的爆炸现象。

    2）化学爆炸：在爆炸前后，不仅发生物态的急剧变化，而且物质的化学成分也发生改变的反应。

    3）核爆炸：由核裂变或核聚变释放出巨大能量所引起的爆炸现象。

爆炸定义

  爆炸——是某一物质系统在发生迅速的物理和化学变化时，系统本身的能量借助于气体的急剧膨胀而转化为对周围介质做功，同时伴随有强烈放热、发光和声响等效应的过程。

2.1.2化学爆炸的三要素（基本特征）

        反应的放热性   （高温）

        生成大量气体产物 （高压）

        反应和传播的高速性（高速）

2.1.3炸药化学变化的形式

          炸药爆炸不是炸药化学变化的唯一形式。

                                               缓慢分解

               燃烧

               爆炸

                                            （爆轰）

   

      爆炸：炸药的爆炸过程与燃烧过程类似，化学反应也只是在反应区内进行并在炸药内按一定速度一层层地自行传播。反应区的传播速度称为爆速。在炸药的爆炸过程中，若爆速保持定值，就称为稳定爆炸，又称为爆（detonation）。否则称为不稳定爆炸。以上三种形式可以相互转化。

 

燃烧与爆轰的区别：

1）燃烧靠热传导传递能量,受环境条件的影响较大；而爆轰靠冲击波传递能量和激起化学反应,基本上不受环境条件的影响；

2）燃烧的产物与反应方向相反而爆轰相同；

3）燃烧是亚音速的而爆轰是超音速的。

2.2.1炸药的起爆机理

  1）起爆——引起炸药发生爆炸的过程称为起爆。

 2）起爆能——将外界施加给炸药某一局部而引起炸药爆炸的能量称为起爆能。 活化能：能够使炸药分子转换为活化分子，并能维持持续化学反应的能量叫活化能。 

 

起爆能形式：

   A  热能

       利用加热形式使炸药发生爆炸。能够引起炸药爆炸的加热 温度称为起爆温度。

   B  机械能

        通过机械作用使炸药爆炸。撞击、摩擦，实质上是机械能 转化为热能。（预防事故）

   C  爆炸能

       用某些炸药来起爆另外一些炸药，   如：雷管，导爆索，中继药包。

2.2.2炸药的感度

  1）感度

      v炸药在外界能量作用下，发生爆炸反应的难易程度。

      v炸药的敏感度分为： 热感度、机械感度、爆轰感度。

     v衡量： 用激进炸药爆炸反应所需要起爆能的多少来衡量。

2)影响炸药感度的因素

 (1)炸药的化学结构       

   （内在影响因素）键能，分子结构和成分，生成热，热效应，活化能，热容量。

 (2)炸药的物理性质

   （外在影响因素）物理状态，粒度，密度，晶体形态， 微气泡，掺合物。

2.3  炸药的爆轰理论

炸药的爆轰是爆轰波沿炸药（爆炸物）一层层地进行传播的过程，这种爆轰波实际是沿爆炸物传播的一种强冲击波；

    炸药爆炸对周围介质的作用是与爆轰气体产物的高速流动及在介质中形成的压力突跃的传播紧密相关的。

   因此，必须了解一些关于流体动力学的基本知识。

1)波的基本概念

 (1)波的两大类

     v机械力学波——如声波、水波、爆炸冲击波；

     v电磁波——如光波、无线电波。

 (2)波的形成

     v扰动  在受到外界作用（如振动、敲打、冲击等）时，介质状态（P、u、ρ）发生局部的变化。

         分为： 弱扰动——变化是连续的、逐渐的；

                        强扰动——急剧、突变、不连续、间断的。

  v波 扰动在介质中的传播就形成波。

 v波阵面  已扰动区和未扰动区的分界面叫波阵面（或叫波头）。

v波速  单位时间内波阵面沿介质移动的距离。

v音波  属弱扰动的传播。

v纵波 波阵面的移动方向就是波的传播方向，波的传播方向与介质质点震动方向平行的波称为纵波。          

v横波 波的传播方向与介质质点震动方向垂直的波。

v压缩波 受扰动后波阵面上介质的压力、密度均增加的波。

v膨胀波 （稀疏波）受扰动后波阵面上介质的压力、密度均减少的波。

                  { 平面波

   按波阵面形状不同，波可分为  {  柱面波

                       { 球面波

 

2)压缩波与稀疏波

 (1)压缩波扰动波传播过后，压力、密度、温度（P、ρ、T）

           等状态参数增加的波称为压缩波。其特点是（P、

           ρ、T）增加，介质质点运动方向与波的传播方向

           一致。（以活塞运动为扰动源解释）特征线收敛。

 (2) 稀疏波质状态参数压力、密度、温度（P、ρ、T）均为

          下降的波。特点是质点的移动方向与波的传播方向相

          反，弱扰动。（以活塞运动为扰动源解释）特征线发散。

  3)冲击波形成的物理过程

    冲击波的形成：可以认为，压缩波是一系列压缩微幅波的所形成的，其波头沿第一道波传播，波尾沿最后一道微幅波传播，扰动区即波头——波尾间的区域。继续增大活塞速度的，在气体中相继形成一系列的微压缩波，压缩波速大于相邻的前波波速。因为后道波总是在前道波压缩过的介质中传播，其当地音速Cn>Cn-1。所以，波尾不断接近波头、扰动区不断变窄、特征线不断收拢、波形图不断变陡峭，最后在某一瞬间，后面各种都赶上第一个波，并叠加成一个强压缩波，这个波就是冲击波.

4) 冲击波的性质

①冲击波的波速对未扰动介质是超声速；

②冲击波的速度同波的强度有关；

③介质受到冲击波压缩时，波阵面上的介质状态参数突跃变化；

④波阵面上质点运动方向与波传方向一致；

⑤波在介质中传播强度逐渐衰减，最终成为音波；

⑥冲击波是一种脉冲波，不具有周期性。

5）炸药的爆轰

  （1） 爆轰过程：爆轰波在炸药中的传播过程。局部炸药爆炸所释放的能量不断补充到冲击波中维持冲击波以稳定的速度向前传播。

       (2)定义：是一种伴随发生化学反应，在炸药中传播的冲击波。或者说是后面带有一个高速化学反应区的强冲击波。

6） 爆速

 （1)定义：爆轰波在炸药柱中的传播速度。

 （2)影响爆速的因素

   (a)装药直径

  药包直径为什么会对稳定传爆有影响呢？ 爆炸反应区扩散的物质不仅包括反应生成的气体，而且还有未及时完成反应的炸药颗粒，必而引起能量散失。若散失的能量过多，就可能无法维持稳定爆轰所需要的能量，中断爆轰。

     不同直径的药包受到扩散的影响进而影响到爆速的稳定性？

 

vD < d临，   侧向扩散严重，有效反应区大大缩小，为不稳定爆轰。

vd临< D < d极，有效反应区较炸药固有反应区宽度略小，能维持小于正常爆速的稳定爆轰。

vD > d极时，   反应区不受扩散影响，爆轰稳定，为理想爆轰。

(b)药包外壳

   外壳强度大可减小径向扩散，从而使极限直径减少。

(c)炸药粒度

     较小的粒度，分解反应快，反应区宽度小，能量损失小。

(d)装药密度

   在一定范围内，密度增加，爆速增大，但当密度增大到一定值后，再增大，爆速反而下降。

          (e)起爆冲能

     供给足够的起爆能，且激发冲击波波速必须大于炸药的临 界爆速。

(f)径向间隙

   现象：对于细长连续装药的混合炸药（如硝铵类），通常在空气中都能正常传爆，但在炮孔中，如果药包与炮孔孔壁之间存在间隙，常出现爆轰中断或转变为燃烧的现象。

   又称为：间隙效应、管道效应、沟槽效应

   概   念：不耦合装药

                是指药包与炮孔孔壁之间存在间隙，用不耦合系数K   表示，即孔径D与药径d之比。

                                                  K= D/ d

7)爆力（威力）

( 1)定义：炸药爆炸对周围介质所做的机械功的总和。

( 2)影响因素 ：爆力决定于热化学参数和爆炸产物的组成。

( 3)测试方法 ：包括：铅铸法、弹道臼炮法、爆破漏斗法

8) 猛度

( 1）定义：炸药爆炸产生冲击波和应力波的作用强度——猛度。

 (2）影响因素：可用爆轰压力表示，即炸药的密度、爆速越高，猛度也越高。取决于爆轰参数。 因此，应根据介质性质，合理选择用药和改变装药结构。

( 3）测定方法：铅柱压缩法、猛度摆法。

8） 殉爆

（1）殉爆现象：主动药包诱发被动药包发生爆炸的现象。

（2）殉爆距离：主动药卷能诱爆被动药卷间的最大距离 ，单位cm。

（3）影响殉爆距离的因素：装药密度、药量与药径、药包外壳与连接方式。

 

9）间隙效应

  （1)现象（间隙效应、沟槽效应、管道效应、）

  对于细长连续装药的混合炸药（如硝铵类），通常在空气中都能正常传爆，但在炮孔中，如果药包与炮孔孔壁之间存在间隙，常出现爆轰中断或转变为燃烧的现象。

  沟槽效应造成爆后炮窝内留有残药，影响爆破效果。对于在瓦斯隧道内径进行的爆破作业，若炸药由爆轰转变为燃烧，就有可能引发瓦斯爆炸事故。

  （ 2)产生原因：目前有以下两种比较流行的解释：

   （a）空气冲击波作用机理

   （b）等离子体作用机理

10)聚能效应

  (1）聚能现象

     这种利用药包一端的孔穴（呈圆锥面、圆形抛物面、半球等形状）来提高局部破坏作用的效应，称为聚能效应，这种现象叫做聚能现象。

  (2）聚能原理

       药包爆炸后，爆炸产物沿近似垂直于药柱表面的方向向四周飞散。平端药包作用在钢板表面上的仅仅是从药柱一端飞散出的爆炸产物，它的作用面积等于药柱一端的端面积。但是，一端带有锥形孔穴的圆柱形药包则不同，它爆炸后锥形孔穴部分的爆炸产物飞散时，先向药包轴线集中，汇聚成一股速度和压力都很高的气流，称为聚能射流。爆炸产物的能量密度大大提高，集中作用在较小面积上，加强了该方向的穿透和破坏作用，形成聚能效应。

  (3）应用

       雷管和药柱的末端、射孔弹、聚能切割药包等结构。