第七章 的爆炸作用
发生爆炸时所形成的高温高压气体产物,必然对周围的介质产生强烈的冲击和压缩作用。若物体与爆炸的接触或相距较近时,由于受到爆轰产物的直接作用,物体便产生运动、变形、破坏和飞散;若物体离爆炸源较远时,则受爆轰产物的直接破坏作用就不明显。但是,当在可压缩的介质(如空气、水等)中进行爆炸时,由于爆轰产物的膨胀,压缩周围的介质并在介质中形成冲击波,此冲击波在介质中传播,便可以对较远距离的物体产生破坏作用。因此,爆炸对周围物体的作用,既可以表现在较近的距离上,又可以表现在离较远的距离上。习惯上将爆炸时对周围物体的各种机械作用称为的爆炸作用。
通过分析知道,的爆炸作用与的装药量、的性质、装药的形状(在一定的距离上),以及爆炸源周围介质的性质等因素有关。
通过对爆炸作用的研究,可以正确地评价的性能,为合理使用和充分发挥其效能,以及为各种装药设计提供必要的理论依据。 7.1爆炸冲击波在介质分解界面上的初始参数
爆炸时,在与之接触的介质中必然要产生冲击波,在爆轰产物中可产生冲击波或稀疏波。(研究初始参数对评定爆炸对邻近介质的作用,冲击波传播规律很有益处)
介质中的初始冲击波参数取决于的爆轰参数和介质的性质(力学性质:压缩性与密度),如果介质的密度大于爆轰产物的密度,则在介质与爆轰产物分解面处的压力x P ﹥2P (爆轰压力),同时向爆轰产物中传递一个冲击波;否则x P ﹤2P ,则向爆轰产物中传递一个稀疏波。
2P >x P 时情形:当装药在空气中爆炸时,最初爆轰产物与空气的最初分界面上的参数,也就是形成空气冲击波的初始参数。
图7-1 2x P P  时分界面附近初始参数分布情况
由于爆轰形式的冲击波在开始阶段必然是强冲击波,可采用强冲击波关系式:
x x u k D 21+=    2021
x x D P k ρ=+    011
ρρ-+=k k x            (7-1)
可见,只要能从理论上获得x u ,即可计算其它参数。 爆轰产物在界面处的速度(质点速度):
12u u u x +=                                            (7-2) 上式中:2u —爆轰波波阵面处产物质点速度,D r u 1
1
2+=
1u —由于反射膨胀波(稀疏波)传入时的产物速度增量
爆轰产物的膨胀规律:是个等熵过程,符合const pV r =,但γ是变化的,按二阶段考虑:
第一阶段:33
22K K PV P V =,其中K P 、K V :中间状态的压力与比容 第二阶段:r r K K x x P V PV =    γ=1.2—1.4
一般对中等强度的:200K a P Mp =
K P 、K V 也可由爆轰波的Hugoniot 方程计算。 对多方气体:
22
20021()()112
K K V PV P V Q P P V V Q γγ-+∆=--+-- 上式:Q ∆—膨胀到K 点时,爆轰产物剩余的能量;v Q —的爆热 忽略0P :
22
2021()112
K K V PV P V Q P V V Q γγ-+∆=-+-- 计算表明
2211
K K P V PV
γγ<<--,可忽略,故有: 22
2021()12
V PV Q P V V Q γ+∆=-+-,3γ=  22011P D ργ=
+, 201
V V γ
γ=+ ∴ 2
22(1)V D Q Q γ∆=-
- ,3γ=                          (7-3) 在K P 以下,爆轰产物可看成是理想气体:K K K P V RT =
而 K V
T C =
∴(1)K K V
R Q P V k Q C -
∆=
=-∆  (k =1.3)                  (7-4)
由(7-3)、(7-4)式可得:2
2
(1)[]2(1)K K V D P V k Q γ=---      (7-5) 将(7-5)式与
22
2021()12
V PV Q P V V Q γ+∆=-+- 联立可解得K P 、K V 。 1u 的计算:1u 是由膨胀波侵入时而获得的质点速度。假定流动是一维的,膨胀波在静止气流中流动图像如下(波速为c ):
图7-2 膨胀波在静止气流中流动图像
由动量守恒定律:知:
()[()]P P dP c c c du cdu ρρ--=--+=
即:dP cdu ρ=
∴ dP
du c
ρ=
(7-6) 由质量守恒定律:ρρρρρρcd du c du c d c -+=+-=))(( (忽略二阶小量)
∴ ρρcd du =
du
c d ρρ
⇒=
(7-7) 由(7-6)式、(7-7)式可得:
du =
=                                (7-8)
∴ 1x
P u c
ρ=
(7-9)  P A γρ=(γ=3,开始阶段) 21(
)S dP P c A d γγργρρ
-=== 微分上式:22(1)cdc A d γγγρρ-=- 同除以1A γγρ-:
2(1)dc d c γρ
ρ
-=
即: 2
ln ln 1
d d c ργ=
-
                                        (7-10)      对P A γρ=两边取对数后再微分的:
ln ln d P d γρ=,而2c P
ρ
γ= ∴ 2ln ln c d P d P ρρ=  ⇒  2ln dP c d ρρ= ⇒ 2ln dP
c d ρρ
= (7-10)式=2
const的作用22ln 11
c
c d c dc γγ=-- ∴2
21k x
x k P P P P P P dP
dP dP u c c c
ρρρ==+
⎰⎰ =2221k
x
k c c c c dc
dc c ργ+-⎰
=2222(1)(1)1
1k x k k c c c c k c c γ-+---            (7-11)  21c D γγ=
+
2k
c c ∴=(1
1
2222)()k k P P γγγρρ--=      12()k x x k
k k
c P c P -
=
∴有1
1
22222{1[1()]}[1()]111k k k x k
x k P c P D u P k P γϕγγγ--=
+-+-+--          (7-12) 而22
02112
x x a x
D k P u k ρρ+==+                                (7-13) 上式中a ρ—未扰动空气的密度
由(7-12)式、(7-13)式,即可计算x P 、x u 从而也可计算出x D 。
2P ﹤x P 时的情况:此时介质的密度大于爆轰产物的密度,将向爆轰产物反射-压缩波(冲击波),同时在介质中也产生一个入射波。此时,12u u u x -=,在分界面处,两个冲击波的初始x P ,x u 相等,但波速不同,方向相反。
图7-3 2x P P <;时分界面附近初始参数分布情况
7.2 在空气中的爆炸
7.2.1空气爆炸物理现象
爆炸→高压、高温状态的爆轰产物→猛烈膨胀(像活塞)压迫周围空气→形成冲击波→爆炸气体能量迅速衰减和弥散,直到等于大气压力,此时冲击波不再接受爆炸气体能量而开始脱离爆炸气体而继续独立的向前传播→由于惯性,爆炸气体质点继续运动,压力低于大气压力,在冲击波后形成稀疏波区→由周围空气压力较高,又由于惯性的缘故,使得爆炸气体的压力增高,直到超过大气压,以至形成再膨胀条件→形成了“爆炸气体”—“空气”体系的自由振动或脉动。
膨胀规律:200K a P P MP ≥≈时,3P A ρ=
9~P r -⇒,其中r 为装药半径(球形装药)
当02r r =时,P 约下降为原来爆轰压力的
500
1219≈(51229=)

版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198,我们将在24小时内删除。