1炸药爆炸.ppt
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1、第一章第一章 炸药爆炸炸药爆炸1.1 1.1 炸药的分类及化学反应形式炸药的分类及化学反应形式1.2 1.2 炸药的起爆与敏感度炸药的起爆与敏感度1.3 1.3 炸药的传爆与性能参数炸药的传爆与性能参数1.4 1.4 炸药的爆轰产物与氧平衡炸药的爆轰产物与氧平衡1.5 1.5 炸药的爆炸反应方程式与热化学参数炸药的爆炸反应方程式与热化学参数复习思考题复习思考题第一节炸药的分类及化学反应形式第一节炸药的分类及化学反应形式爆炸定义:爆炸定义:爆炸是物质的一种急剧的物理、化学变化,爆炸是物质的一种急剧的物理、化学变化,同时瞬间释放出大量内能,对周围介质做功,产生巨同时瞬间释放出大量内能,对周围介质做
2、功,产生巨大的机械破坏作用。大的机械破坏作用。爆炸分类:爆炸分类:根据引起爆炸的原因和特性,可以将爆炸分根据引起爆炸的原因和特性,可以将爆炸分为为物理爆炸、核爆炸和化学爆炸物理爆炸、核爆炸和化学爆炸三类。三类。l1 1) 物理爆炸物理爆炸:爆炸前后物质的分子组成不发生变化,:爆炸前后物质的分子组成不发生变化,只是物态发生变化的爆炸现象称为物理爆炸。如锅炉、只是物态发生变化的爆炸现象称为物理爆炸。如锅炉、氧气瓶等高压容器的爆炸均属此类,爆炸前后只是气氧气瓶等高压容器的爆炸均属此类,爆炸前后只是气体的高压状态发生变化。体的高压状态发生变化。l2 2) 核爆炸核爆炸:由核裂变或核聚变引起的爆炸称为核
3、爆:由核裂变或核聚变引起的爆炸称为核爆炸。核爆炸在瞬间释放出极大的能量,相当于数万吨炸。核爆炸在瞬间释放出极大的能量,相当于数万吨甚至千万吨炸药,造成巨大的破坏作用。甚至千万吨炸药,造成巨大的破坏作用。l3 3) 化学爆炸化学爆炸:爆炸前后物质的分子组成发生了变化,:爆炸前后物质的分子组成发生了变化,爆炸过程就是化学反应的过程。爆炸过程就是化学反应的过程。化学爆炸举例:化学爆炸举例:l如如TNT TNT 炸药的爆炸:炸药的爆炸:l各类炸药、瓦斯的爆炸均属此类。各类炸药、瓦斯的爆炸均属此类。l爆破工程主要是利用炸药化学爆炸过程中释放出的大量能爆破工程主要是利用炸药化学爆炸过程中释放出的大量能量(
4、常用爆热量(常用爆热 Q Qv v表示)来破碎岩石表示)来破碎岩石第一节炸药的分类及化学反应形式第一节炸药的分类及化学反应形式l一、炸药的分类l炸药的定义:炸药是在一定条件下,能够发生快速化学反应,放出巨大能量,生成大量气体产物,显示其爆炸效应的化合物或混合物。l炸药按组成分类可分为:l单质炸药l混合炸药第一节炸药的分类及化学反应形式第一节炸药的分类及化学反应形式炸药按用途可分为:起爆药、猛炸药、发射药和烟火剂四类。l1)起爆药:起爆药用来制造雷管等起爆器材,敏感度 高,威力不一定大,用量很小,一般都是 单质炸药。如二硝基重氮酚、雷汞、氮化 铅等。 l2)猛炸药:起爆破作用,和起爆药相比,感度
5、较低, 威力大。 猛炸药按成分可分为单质猛炸药(如TNT,黑素金、泰安等)和混合炸药(如岩石炸药、铵油炸药、铵松腊炸药等,是爆破工程的主要用药)两类。第一节炸药的分类及化学反应形式第一节炸药的分类及化学反应形式3 3 )发射药:发射药:遇火能迅速燃烧,产生高温高压气体对物遇火能迅速燃烧,产生高温高压气体对物 体产生抛射作用,在密闭条件下可转为体产生抛射作用,在密闭条件下可转为 爆炸。用于军事上的炮弹、火箭的装填爆炸。用于军事上的炮弹、火箭的装填 药,如硝化棉火药和硝化甘油火药,药,如硝化棉火药和硝化甘油火药, 爆破工程中常用的发射药为黑火药,用爆破工程中常用的发射药为黑火药,用 来制造导火索、
6、矿用火箭弹等。来制造导火索、矿用火箭弹等。l4 4)烟火剂:烟火剂:用以装填特种弹药,产生特定的烟火效用以装填特种弹药,产生特定的烟火效应。主要有照明剂、信号剂、曳光剂、燃烧剂应。主要有照明剂、信号剂、曳光剂、燃烧剂 和烟幕剂。和烟幕剂。二、炸药的化学反应形式二、炸药的化学反应形式l爆炸并不是炸药唯一的化学变化形式,由于化学反应的环境爆炸并不是炸药唯一的化学变化形式,由于化学反应的环境条件不同,可能发生条件不同,可能发生热分解、燃烧、爆炸热分解、燃烧、爆炸三种化学反应式式,三种化学反应式式,而且这三种形式在一定条件下可以互相转化,三种形式所产而且这三种形式在一定条件下可以互相转化,三种形式所产
7、生的效果也不相同。生的效果也不相同。l1 1 分解分解:是炸药化学变化的最低级的反应形式。:是炸药化学变化的最低级的反应形式。 特点:特点:是反应速度缓慢,在炸药中均匀地进行。分解反是反应速度缓慢,在炸药中均匀地进行。分解反应在不同的条件下可以是吸热反应,也可以是放热反应。硝应在不同的条件下可以是吸热反应,也可以是放热反应。硝酸铵在低于酸铵在低于150150度时,为吸热反应;当温度为度时,为吸热反应;当温度为200200度左右时为度左右时为放热反应。放热反应。 危害:危害:炸药的分解反应给炸药的储存、加工和使用带来炸药的分解反应给炸药的储存、加工和使用带来许多麻烦,同时也影响炸药的质量。炸药的
8、分解反应性能反许多麻烦,同时也影响炸药的质量。炸药的分解反应性能反映了映了炸药的化学安定性炸药的化学安定性。因为如果分解反应进行到一定条件。因为如果分解反应进行到一定条件时,可以转化为时,可以转化为燃烧燃烧。二、炸药的化学反应形式(续)二、炸药的化学反应形式(续)l2 2 燃烧:燃烧:炸药中含有炸药中含有C C、H H 等可燃元素,还含有燃烧需要等可燃元素,还含有燃烧需要的氧,在热源的作用下也可以燃烧。的氧,在热源的作用下也可以燃烧。 炸药的快速燃烧也称炸药的快速燃烧也称爆燃爆燃。 炸药的燃烧特点:炸药的燃烧特点:不同于一般燃料的燃烧,它不需要不同于一般燃料的燃烧,它不需要外界提供氧就可以燃烧
9、。外界提供氧就可以燃烧。 应用:应用:发射药和烟火剂就是靠燃烧发挥其特定的效应。发射药和烟火剂就是靠燃烧发挥其特定的效应。爆破工程中所用锰炸药如果发生燃烧则是一种严重的事故。爆破工程中所用锰炸药如果发生燃烧则是一种严重的事故。 影响:影响:燃烧受外界条件影响较大,如果外界条件有利燃烧受外界条件影响较大,如果外界条件有利(如压力高,温度高、密闭),炸药的燃烧可能转化为爆(如压力高,温度高、密闭),炸药的燃烧可能转化为爆炸,若外界条件不利,燃烧也可能转化为分解反应(燃烧炸,若外界条件不利,燃烧也可能转化为分解反应(燃烧中断)。中断)。二、炸药的化学反应形式(续)二、炸药的化学反应形式(续)l3 3
10、 爆炸:爆炸:爆炸是炸药反应的最高形式。爆炸是炸药反应的最高形式。 特点:是反应的速度和传播的速度极高,可达每秒数特点:是反应的速度和传播的速度极高,可达每秒数千米(燃烧的传播靠热的传导、扩散和幅射)。爆炸的传千米(燃烧的传播靠热的传导、扩散和幅射)。爆炸的传播靠冲击波,在爆炸点附近,发生压力、温度的急剧升高,播靠冲击波,在爆炸点附近,发生压力、温度的急剧升高,从而导致爆炸点附近介质的碎裂或变形。从而导致爆炸点附近介质的碎裂或变形。 爆炸过程中若遇到不利因素也可能导致爆轰中断,转爆炸过程中若遇到不利因素也可能导致爆轰中断,转化为燃烧或热分解。化为燃烧或热分解。l4 4 爆轰:爆轰:爆炸速度增长
11、到爆炸速度增长到稳定爆速稳定爆速的最大值时就转化为爆的最大值时就转化为爆轰。轰。 爆轰是指炸药以每秒数千米的最大稳定速度进行的反爆轰是指炸药以每秒数千米的最大稳定速度进行的反应过程。特定的炸药在特定的条件下的爆轰速度为常数。应过程。特定的炸药在特定的条件下的爆轰速度为常数。l爆轰作为炸药爆炸反应的最高形式。爆轰作为炸药爆炸反应的最高形式。三、炸药爆炸的三要素三、炸药爆炸的三要素l炸药发生化学反应并非都能引起爆炸,必须具备一定的条件,炸药发生化学反应并非都能引起爆炸,必须具备一定的条件,即爆炸条件,才会发生爆炸,这些条件也称作即爆炸条件,才会发生爆炸,这些条件也称作爆炸的要素爆炸的要素( (三三
12、要素要素) )。l1 1) 放热放热:炸药爆炸化学反应放出大量热量是维持爆炸反应:炸药爆炸化学反应放出大量热量是维持爆炸反应继续进行并加速反应速度的能源,也是对周围介质做功的物继续进行并加速反应速度的能源,也是对周围介质做功的物质基础。只有这样,爆炸反应才能独立地加速进行。这是炸质基础。只有这样,爆炸反应才能独立地加速进行。这是炸药爆炸的最基本特征之一。药爆炸的最基本特征之一。l例如:例如:硝酸铵硝酸铵的化学反应有两种形式:的化学反应有两种形式: 第一种第一种 吸热反应(低于吸热反应(低于150150度时)度时)反应过程是分解反应过程是分解反应,不是爆炸反应:反应,不是爆炸反应: 第二种第二种
13、 放热反应(当温度为放热反应(当温度为200200度左右时)度左右时)为爆炸为爆炸反应:反应:三、炸药爆炸的三要素(续)三、炸药爆炸的三要素(续) l2 2 生成大量气体生成大量气体:l 气体具有压缩和膨胀性质,高压气体具有膨胀做功气体具有压缩和膨胀性质,高压气体具有膨胀做功的能力。当炸药反应过程中释放出大量内能,如果没有的能力。当炸药反应过程中释放出大量内能,如果没有生成大量气体,这些能量就难以转变为有效的机械功;生成大量气体,这些能量就难以转变为有效的机械功;若有大量的气体(远大于炸药原来的体积)生成,炸药若有大量的气体(远大于炸药原来的体积)生成,炸药爆炸释放出的热能会转变为气体的压缩能
14、,加上气体本爆炸释放出的热能会转变为气体的压缩能,加上气体本身具有的压缩能,就会对周围介质产生巨大的膨胀力。身具有的压缩能,就会对周围介质产生巨大的膨胀力。l例如:例如:铝热剂铝热剂反应:可以形成反应:可以形成30003000度高温,使产物铁熔度高温,使产物铁熔化,但是不会发生爆炸化,但是不会发生爆炸。三、炸药爆炸的三要素(续)三、炸药爆炸的三要素(续)l3 3反应高速度反应高速度: 由于反应速度快,反应产物尚未来得及膨胀就被由于反应速度快,反应产物尚未来得及膨胀就被反应生成的热量加热到反应生成的热量加热到2000200030003000度,并且这种高温气度,并且这种高温气体几乎聚集在炸药爆炸
15、前所占据的体积内,压力可达体几乎聚集在炸药爆炸前所占据的体积内,压力可达几万几万MPaMPa,这种高温高压气体正是炸药爆炸做功的威力,这种高温高压气体正是炸药爆炸做功的威力所在。所在。 反应速度高意味着反应时间短,如果反应释放出反应速度高意味着反应时间短,如果反应释放出的能量一定,那么反应速度越高,功率就越大。的能量一定,那么反应速度越高,功率就越大。例如:例如:l一公斤煤一公斤煤在空气中燃烧能生产在空气中燃烧能生产2140 2140 千卡热量,换算成千卡热量,换算成功约为功约为9 9百万焦尔,假设燃烧时间为百万焦尔,假设燃烧时间为1 1小时,功率为小时,功率为2500J/s2500J/s;l
16、一公斤一公斤TNTTNT 炸药的爆热值为炸药的爆热值为1010 1010 千卡,折合约千卡,折合约4 4百万百万焦尔,爆炸时间为万分之一秒功率为焦尔,爆炸时间为万分之一秒功率为4 4* *1010 1010 ,是煤燃,是煤燃烧功率的烧功率的1.7 1.7 万倍,所以炸药爆炸的做功能力比煤燃万倍,所以炸药爆炸的做功能力比煤燃烧的做功能力要大得多。烧的做功能力要大得多。第二节第二节 炸药的起爆与敏感度炸药的起爆与敏感度l特点:炸药属于不稳定的化学体系,但如果没有任何外部能特点:炸药属于不稳定的化学体系,但如果没有任何外部能量的作用,炸药可以保持它的平衡状态。量的作用,炸药可以保持它的平衡状态。l变
17、化过程:设炸药含有如图变化过程:设炸药含有如图 所示的所示的 三个基团,其中化学性质较活泼的三个基团,其中化学性质较活泼的 基团基团A1A1和和A2A2互相隔离而分别同化学互相隔离而分别同化学 性较稳定的基团(通常为性较稳定的基团(通常为N N原子)原子) 相键合。一旦这样的暂时键合遭到相键合。一旦这样的暂时键合遭到 破坏时,则破坏时,则A1A1和和A2A2就会相互重新结就会相互重新结 合成为新的稳定的体系(爆炸产物)。合成为新的稳定的体系(爆炸产物)。 l产物:如果产物:如果A A1 1和和A A2 2是氧原子和碳原子或氢原子,则新的化学是氧原子和碳原子或氢原子,则新的化学体系将是气体产物体
18、系将是气体产物COCO2 2 、CO CO 、H H2 2O O 和和N N2 2 ,同时放出大量的,同时放出大量的热,这正是化学爆炸所要求的条件。热,这正是化学爆炸所要求的条件。炸药爆炸化学体系变化示意图炸药爆炸化学体系变化示意图 (a)(a)爆炸前;爆炸前;(b)(b)爆炸时的变化爆炸时的变化一、炸药的起爆机理一、炸药的起爆机理l为了打破原体系(炸药)的平衡,必须由外部给予足为了打破原体系(炸药)的平衡,必须由外部给予足够的能量以拆散够的能量以拆散N N同同A1 A1 和和A2A2的联结。这种外部能量叫的联结。这种外部能量叫做起爆能,而引起炸药爆炸的作用叫做做起爆能,而引起炸药爆炸的作用叫
19、做起爆起爆。l工业炸药的起爆能有以下三种形式:工业炸药的起爆能有以下三种形式:l1) 1) 热能热能利用加热作用使炸药起爆,又可分为火焰、利用加热作用使炸药起爆,又可分为火焰、火星、电热等形式。工业雷管多利用这种形式的起爆火星、电热等形式。工业雷管多利用这种形式的起爆能。能。l2) 2) 机械能机械能通过撞击、摩擦、针刺等机械作用使炸通过撞击、摩擦、针刺等机械作用使炸药分子间产生强烈的相对运动,并在瞬间产生热效应药分子间产生强烈的相对运动,并在瞬间产生热效应使炸药起爆。这种形式多用于武器。使炸药起爆。这种形式多用于武器。l3) 3) 爆炸冲能爆炸冲能利用起爆药爆轰产生的爆轰波及高温利用起爆药爆
20、轰产生的爆轰波及高温高压气体产物流的动能,可以使猛炸药起爆。高压气体产物流的动能,可以使猛炸药起爆。二、炸药的敏感度二、炸药的敏感度l定义定义:炸药在外界起爆能作用下发生爆炸反应与否以及发炸药在外界起爆能作用下发生爆炸反应与否以及发生爆炸反应的难易程度,叫做该炸药的生爆炸反应的难易程度,叫做该炸药的敏感度敏感度(或感度)。(或感度)。l炸药感度的高低以激起炸药爆炸反应所需起爆能的多少来炸药感度的高低以激起炸药爆炸反应所需起爆能的多少来衡量。感度与所需起爆能成反比。衡量。感度与所需起爆能成反比。l感度指标:感度指标: 1 1)热感度热感度:炸药的热感度是指在热能作用下引起炸药爆:炸药的热感度是指
21、在热能作用下引起炸药爆炸的难易程度。热感度包括加热感度和火焰感度两种炸的难易程度。热感度包括加热感度和火焰感度两种 2 2)机械感度机械感度:包括撞击感度摩擦感度:包括撞击感度摩擦感度 3 3)爆炸冲能感度爆炸冲能感度冲击波感度(描述指标为殉爆)冲击波感度(描述指标为殉爆) 4 4)静电感度静电感度:指在静电火花作用下发生爆炸的难易程度。:指在静电火花作用下发生爆炸的难易程度。冲击波感度冲击波感度殉爆及其测定方法殉爆及其测定方法l殉爆定义:主爆药卷和从爆药卷被置于直径略大殉爆定义:主爆药卷和从爆药卷被置于直径略大于药卷直径的半圆槽中。两药卷纵轴在同一水平于药卷直径的半圆槽中。两药卷纵轴在同一水
22、平线上,相距一个距离线上,相距一个距离L L。主爆药卷前端插入一只。主爆药卷前端插入一只8#8#雷管,爆炸时产生的强烈空气冲击波在一定距离雷管,爆炸时产生的强烈空气冲击波在一定距离内可以激起从爆药卷爆炸。足以使从爆药卷全爆内可以激起从爆药卷爆炸。足以使从爆药卷全爆的药卷间最大距离叫做该炸药的的药卷间最大距离叫做该炸药的殉爆距离殉爆距离,单位,单位是是cmcm。l殉爆距离的测定:殉爆距离的测定:1 雷管;雷管;2 主爆药卷;主爆药卷;3 从爆药卷从爆药卷二、炸药的敏感度(续)二、炸药的敏感度(续)l影响炸药敏感度的因素影响炸药敏感度的因素l(1)内在因素)内在因素l(2)外在因素)外在因素l炸药
23、密度炸药密度l掺入的杂质掺入的杂质第三节炸药的传爆与性能参数第三节炸药的传爆与性能参数l一、炸药的传爆一、炸药的传爆l炸药的传爆是指药包从起爆到爆炸反应完毕所炸药的传爆是指药包从起爆到爆炸反应完毕所经历的传播。经历的传播。l炸药的传爆过程是爆轰波传播的结果。利用建炸药的传爆过程是爆轰波传播的结果。利用建立在流体动力学基础上的爆轰波传播理论,可立在流体动力学基础上的爆轰波传播理论,可以计算出爆轰波的所有参数,如速度、压力、以计算出爆轰波的所有参数,如速度、压力、密度、温度及能量等。密度、温度及能量等。 物质在外界的作用下状态参数会发生一定的变物质在外界的作用下状态参数会发生一定的变化,物质局部状
24、态的变化称为化,物质局部状态的变化称为扰动扰动。如果外界作用。如果外界作用只引起物质状态参数发生微小的变化,这种扰动称只引起物质状态参数发生微小的变化,这种扰动称为为弱扰动弱扰动;如果外界作用引起物质状态参数发生显;如果外界作用引起物质状态参数发生显著的变化,这种扰动称为著的变化,这种扰动称为强扰动强扰动。1、冲击波理论基础 扰动在介质中的传播称为扰动在介质中的传播称为波波。在波的传播过程中,介质。在波的传播过程中,介质原始状态与扰动状态的交界面称为原始状态与扰动状态的交界面称为波阵面波阵面(或(或波头波头)。波阵)。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面的移动方向就是波的
25、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震动方向平行的波称为纵波纵波;波的传播方向与介质质点震动;波的传播方向与介质质点震动方向垂直的波称为方向垂直的波称为横波横波。波阵面在其法线方向上的位移速度。波阵面在其法线方向上的位移速度称为称为波速波速。按波阵面形状不同,波可分为平面波、柱面波、。按波阵面形状不同,波可分为平面波、柱面波、球面波等。球面波等。压缩波和膨胀波压缩波和膨胀波 压缩波压缩波 波阵面波阵面P PP P P P0 0,0 0,T,T0 0,T,T0 0图图1 11 1 压缩波形成原理压缩波形成原理示意图示意图R R0 0,R,R1 1波阵面PPP0,0,T0,T0图1
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- 炸药 爆炸
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