爆轰学 第3章_爆轰波、爆燃波的经典理论.ppt

1第3章爆轰波、爆燃波的经典理论 2 主要内容? 爆轰波的 CJ 理论? 爆轰波的 ZND 模型? 爆轰和爆燃状态的基本性质(Jouguet 法则) ? 反应区流动的定常解 3 第3章爆轰波、爆燃波的经典理论?1881 年贝尔特劳( Berthelot )、维也里( Vieille ) 发现了爆轰现象,即爆轰波的传播现象。?从此,人们对气相爆炸物( 2H 2 +O 2, CH 4 +2O 2) 和凝聚相爆炸物(硝基甲烷、 TNT 、 RDX )的爆轰过程进行了大量的实验观察。?实验表明: 爆轰过程乃是爆轰波沿爆炸物一层一层地进行传播的,同时还发现,不同的爆炸物爆轰之后,爆轰波都趋向于该爆炸物所特有的爆速进行传播。 4 第3章爆轰波、爆燃波的经典理论?爆轰波是沿爆炸物传播的强冲击波,其传过后爆炸物因受到它的强烈冲击作用而立即激起高速化学反应,形成高温、高压爆轰产物并释放出大量化学反应热能。?这些能量又被用来支持爆轰波对下一层爆炸物进行冲击压缩。因此,爆轰波就能够不衰减地传播下去,可见,爆轰波是一种伴随有化学反应热放出的强冲击波。 5 第3章爆轰波、爆燃波的经典理论?Chapman 和Jouguet 在20世纪初分别提出了关于爆轰波的平面一维流体动力学理论,简称爆轰波的 CJ理论。?前苏联的泽尔多维奇(Zeldovich,1940 年),美国的冯纽曼(Von Neumann ,1942 年),德国的道尔令(Doering ,1943 年)各自对 CJ理论进行了改进,提出了 ZND 模型。 6 第3章爆轰波、爆燃波的经典理论?对于通常的气相爆炸物爆轰波的传播速度一般约为 1500m/s ~ 4000m/s ,爆轰终了断面所达到的压力和温度分别为数个兆帕和 2000K ~ 4000K 。?对于军用高猛炸药,爆速通常在 6000m/s ~ 10000m/s 的范围,波阵面穿过后产物的压力高达数十个吉帕,温度高达 3000K ~ 5000K ,密度增大 1/3 。 7 爆轰波的 CJ理论 8 爆轰波的 CJ理论? 19 世纪末研究发现,爆炸物的爆炸过程是爆轰波沿爆炸物的传播过程,并且发现爆轰一旦被激发, 其传播速度很快趋向该爆炸物所具有的特定数值, 即所谓理想特性爆速。在通常情况下,爆轰波以该特征速度稳定传播下去。?在揭示爆轰波稳定传播的理论探索中, C hapman 和J ouguet 各自独立地提出了爆轰流体动力学理论,提出并论证了爆轰波稳定传播的条件及其表达式。此理论简称为爆轰波的 C-J 理论。 9 爆轰波的 CJ理论?CJ 理论假设:流动是一维的,不考虑热传导、热辐射及其粘滞摩擦等耗散效应;把爆轰波视为一强间断面;爆轰波通过后化学反应瞬间完成并放出化学反应热,反应产物处于热化学平衡及热力学平衡状态;爆轰波阵面传播过程是定常的。?Chapman 和Jouguet 在以上假设基础上,提出并论证了爆轰波稳定传播的条件及其表达式。 10 爆轰波的基本关系式