文档介绍：冲击波与爆轰波
摘要:对焓,Helmholtz自由能,Gibbs自由焓的表达式分别微分,有: (4-4) (4-5)...化学反应区作为瞬间释放能量的几何面紧紧贴在冲击波的...《炸药爆炸理论》讲义--...
关键词:微分,几何,讲义
类别:专题技术
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第四章冲击波与爆轰波
爆轰(detonation)是炸药化学变化的基本形式,是决定炸药应用的重要依据。爆轰反应传播速度非常大,可达每秒数千米,反应区压力高达几十吉帕(几十万个大气压),温度也在几千K以上,爆轰的速度、压力、温度等决定着炸药的做功能力和效率。研究炸药的爆轰现象和行为,认识炸药的爆炸变化规律对合理使用炸药和指导炸药的研制、设计等有重要的理论和实际意义。在爆轰现象发现之前人们就建立了冲击波理论,后来在冲击波理论的基础上建立了描述爆轰现象的经典爆轰波理论,这个理论至今仍然是十分有用无法被替代。炸药在爆炸过程中经常会产生一些波,如爆炸在炸药中传播时形成爆轰波。爆轰产物向周围空气中膨胀时形成冲击波,爆轰波和冲击波过后,介质在恢复到原来状态的过程中会产生一系列膨胀波等,因而在研究炸药爆轰以及爆轰后对外界的作用时,始终离不开波。爆轰的传播可以看成波动过程,具有波动的性质,简要介绍波的基础知识并回顾爆轰理论的发展过程和阶段对学****和掌握炸药的爆轰原理是有必要的。
爆轰理论的形成与发展
(1)爆轰现象的发现:1881年、1882年,Berthlot,Vielle,Mallard和Le. Charelier在做火焰传播实验时首先发现的。他们的研究揭示,可燃气火焰在管道中传播时,由于温度、压力、点火条件等不同,火焰可以以两种完全不同的传播速度传播,一种传播速度是每秒几十—几百米,一种是每秒数千米****惯上把前者称为爆燃,后者称为爆轰,可见爆轰也是一种燃烧—是一种迅速而激烈燃烧。
(2)1899年,1905~1917年,Chapman和Jouguet分别独自地对爆轰现象作了简单的一维理论描述(即C-J理论),这一理论是借助气体动力学原理而阐释的。他们提出一个简单而又令人信服的假定,认为爆轰过程的化学反应在一个无限薄的间断面上瞬间完成,原始炸药瞬间转化为爆轰反应产物。不考虑化学反应的细节,化学反应的作用如同外加一个能源而反映到流体力学的能量方程中,这样就诞生了以流体动力学和热力学为基础的、描述爆轰现象的较为严格的理论—爆轰波的C-J理论。
爆轰波的C-J理论并没有考虑到化学反应的细节,认为化学反应速度无限大,反应瞬间完成,这和实际情况是不相符合的,但是对化学反应的细节进行研究和描述十分困难,这个问题也是爆轰波的结构问题,一直爆轰学的一个重要研究领域。
(3)1940年,前苏联的Zeldovich,1942年,-J理论的假设和论证作了改进,提出了爆轰波的ZND模型。ZND理模型要比C-J理论更接近实际情况。他们认为爆轰时未反应的炸药首先经历了一个冲击波预压缩过程,形成高温高密度的压缩态,接着开始化学反应,经历一定时间后化学反应结束,达到反应的终态。ZND模型首次提出了化学反应的引发机制,并考虑了化学反应的动力学过程,是C-J理论的重要发展。
上述两种理论被称为爆轰波的经典理论。——都是一维理论。
(4)上世纪50年代,通过实验的详细观察,发现爆轰波波阵面包含复杂的三维结构,这种结构被解释为入射波,反射波和马赫波构成的三波结构。
(5)上世纪50~60年代,进行了大量的试验研究,实验结果显示:反应区末端状态参数落在弱解附近,而不是C-J参数,说明实际爆轰比C-J理论和ZND模型更为复杂,同时开展了计算机数值模拟。
(6)上世纪50年代,Kirwood和Wood,推广了一维定常反应理论,指出定常爆轰具有弱解的可能性将随着流体的复杂性增加而增加。弱解模型为实验数据与一维理论的偏离作出了一种理论解释。
(7)上世纪60年代开始,Erpenbeck提出了爆轰的线性稳定性理论,对一维爆轰定常解的稳定性(受扰动后,解是否稳定)进行了分析。后来又有人提出“方波”稳定性理论。
近年来有人提出了很有希望的计算多维爆轰波的传播方法,这是爆轰理论的最新发展。
波的基本概念
波
波可分为有两大类,即机械波与电磁波。水波、声波等是机械波,也称为力学波,冲击波、爆轰波是机械波;光波、无线电波、x射线等是电磁波。
机械波必须在介质中传播,没有介质无法传播,在真空中不能