[科普中國(guó)]-爆溫

概述

爆溫是指炸藥爆炸時(shí)放出的熱量，將爆炸產(chǎn)物加熱到的最高溫度。所有提高炸藥爆熱的措施都可以提高炸藥的爆溫，爆溫越高，氣體產(chǎn)生的壓力越高，做功能力越強(qiáng)。1

爆溫取決于爆熱和爆炸產(chǎn)物組成，可以理論計(jì)算，也可近似實(shí)驗(yàn)測(cè)定。常用炸藥爆溫值為2000～5000K。比容一定時(shí)，推進(jìn)劑爆溫愈高，能量愈大。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管或火炮炮膛的燒蝕也愈大，故不能一味追求高的爆溫。實(shí)驗(yàn)測(cè)定爆溫尚十分困難，因?yàn)楸瑴睾芨?，且達(dá)最大值后在極短時(shí)間內(nèi)即迅速下降，同時(shí)又伴隨有爆轟的破壞效應(yīng)?？捎蒙夥y(cè)定，即將爆轟產(chǎn)物視為具有一定吸收能力的灰體，能輻射出連續(xù)光譜, 測(cè)出光譜的能量分布或兩個(gè)波長(zhǎng)亮度的比值，再計(jì)算爆溫。測(cè)定結(jié)果誤差，對(duì)液體炸藥為±150K，固體炸藥為±300K。

爆溫是炸藥的重要示性數(shù)之一，研究炸藥的爆溫具有重要的實(shí)際意義，一方面它是熱化學(xué)汁算所必需的重要參數(shù)，另一方面在實(shí)際爆炸工作中，對(duì)其數(shù)值有一定的要求。如對(duì)于具有可燃性氣體和粉塵的礦山爆破，為了保證安全作業(yè)而使用礦用安全炸藥，這類炸藥的爆溫希望控制在較低的范圍，為2000℃～2500℃，而為了完成某些軍事目的，要求炸藥爆溫高一些。

由于炸藥在爆炸過程中，溫度變化極快、數(shù)值極高，可達(dá)幾千攝氏度，目前用試驗(yàn)的力法測(cè)定較為困難。為了得到炸藥的爆溫?cái)?shù)值，一般采用理論計(jì)算方法。2

改變爆溫提高爆溫根據(jù)實(shí)際需要．往往要改變或調(diào)整炸藥爆溫，或者升高或者降低。爆溫計(jì)算如下：

式中， ——爆炸產(chǎn)物生成熱的總和；

——炸藥的生成熱。

由公式 可知，提高爆溫的途徑有三個(gè)方面：

（1）增加爆炸產(chǎn)物的生成熱 ；

（2）減少炸藥本身的生成熱 ；

（3）減少爆炸產(chǎn)物的熱容量。

其中途徑（1）、（2）兩條的結(jié)果就是增加爆熱。前述提高爆熱的途徑，如凋整氧平衡使炸藥氧化完全，產(chǎn)生大量生成熱較大的產(chǎn)物等，或引入某些高能元素，或添加高能金屬粉等物質(zhì)，對(duì)提高爆溫都有效。

需要指出的是，如果爆熱的增加伴隨爆炸產(chǎn)物熱容的增大，那么前者可使爆溫提高，而后者卻會(huì)導(dǎo)致爆溫下降，綜合效果如何，要看具體情況。因此調(diào)整爆溫應(yīng)全面考慮三個(gè)因素的綜合作用。加入高能金屬粉，如鍋、鎂等，它們的爆炸產(chǎn)物生成熱較大，而產(chǎn)物的熱容增加不多，有利于爆溫的提高。

從右圖中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)消耗同等氧量時(shí)，鋁、鎂氧化時(shí)釋放的能量與其氧化物熱容量的比值，比碳、氫氧化產(chǎn)物的對(duì)應(yīng)比值大得多，因此鋁、鎂的加入對(duì)提高混合炸藥的爆溫是十分有利的．在許多彈藥中，如水雷、魚雷以及對(duì)空導(dǎo)彈中裝填含鋁炸藥，就是基于這個(gè)原理。

降低爆溫降低炸藥的爆溫也是實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)?？紤]的問題之一。對(duì)于礦用炸藥來說，這可以避免在井下爆破時(shí)引起瓦斯及礦塵的爆炸；對(duì)于火藥來說，降低燃燒溫度，可以減少對(duì)炮膛的燒蝕。降低爆溫的途徑與提高爆溫的途徑恰恰相反，即減少爆炸產(chǎn)物的生成熱、增大炸藥的生成熱和爆炸產(chǎn)物的熱容。為了達(dá)到降低爆溫的目的，一般采用在炸藥中加入附加物的辦法。

這些附加物可以改變氧與可燃劑元素問的比例，使之產(chǎn)生不完全氧化的產(chǎn)物，從而減少爆炸產(chǎn)物的生成熱．有的附加物不參與爆炸反應(yīng)，只是增加爆炸產(chǎn)物的總熱容。

在工業(yè)安全炸藥中，還常加入一些帶有結(jié)晶水的鹽類，或加入一些熱分解時(shí)能吸熱的物質(zhì)，如硫酸鹽、氯化物、重碳酸鹽、草酸鹽等作為消焰劑?，F(xiàn)代工業(yè)炸藥甚至含有游離狀態(tài)的水，如水膠炸藥、乳化炸藥等。2

爆溫計(jì)算因?yàn)楸ㄟ^程中，溫度變化極快、極高，可達(dá)幾千度。因此目前用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量爆溫較為困難。所以理論上計(jì)算爆溫具有很重要的實(shí)際意義。

目前所采用的爆溫測(cè)定方法是測(cè)定爆炸瞬間產(chǎn)物的色溫。利用光譜研究光譜中能量的分配，并將此分配情況與絕對(duì)黑體光譜中的能量分配進(jìn)行比較而得到的爆溫?cái)?shù)據(jù)。但由于實(shí)際的輻射體即爆炸產(chǎn)物并不是理想的黑體，所求出的溫度被稱之為色溫，此色溫一般要比真實(shí)溫度稍高一些。

爆溫的理論計(jì)算

為了簡(jiǎn)化爆溫的理論計(jì)算，先做以下3條假定：

①爆炸過程近似的視為定容過程。

②爆炸過程是絕熱的，爆炸反應(yīng)所放出的全部熱量都用來加熱爆炸產(chǎn)物。

③爆炸產(chǎn)物的熱容只是溫度的函數(shù)，而與爆炸時(shí)所處的壓力(或密度)狀態(tài)無關(guān)，但此假定對(duì)于高密度炸藥爆溫的計(jì)算將會(huì)引起一定的誤差。

（1）由爆炸產(chǎn)物的平均熱容量計(jì)算爆溫。

根據(jù)上述假定，可以有關(guān)系式

式中， ——爆炸物的爆熱值；

——在溫度由0℃到 ℃范圍內(nèi)全部爆炸產(chǎn)物的平均熱容；

——所需求的爆溫值，℃。

一般熱容與溫度的關(guān)系為

對(duì)一般不太復(fù)雜的計(jì)算，僅取其中第一、二項(xiàng)，即認(rèn)為熱與溫度成直線關(guān)系，則

由上式得到：

所以，

于是爆溫 。

利用此法計(jì)算爆溫時(shí)，必須知道爆炸產(chǎn)物的成分或爆炸變化方程式和爆炸產(chǎn)物的熱量。下面介紹計(jì)算爆炸產(chǎn)物熱容量的方法。

卡斯特平均分子熱容式如下：

根據(jù)卡斯特的意見，這些式子或用于4000℃以下，但其數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)溫度只為2500~3000℃，故外推溫度過高時(shí)，應(yīng)以注意。另外，三氧化二鉛的式子適用于0~1400℃。

（2）按爆炸產(chǎn)物的內(nèi)能值計(jì)算法。

除上述方式外，也可以利用爆炸產(chǎn)物成分的內(nèi)能值來計(jì)算。爆炸產(chǎn)物的內(nèi)能值隨溫度變化的數(shù)據(jù)較已準(zhǔn)確的求出，并列于右圖中。

在爆炸的情況下，被認(rèn)為是定容過程，即dV=0，而放出的全部熱量，均用在轉(zhuǎn)變爆炸產(chǎn)物的內(nèi)能上，即：。所以我們利用右圖中產(chǎn)物變化的內(nèi)能數(shù)據(jù)就可以算出爆溫。3