4.1爆轰波的CJ理论-北京理工大学.ppt

第4章 爆轰波、爆燃波的经典理论 主要内容 4.1 爆轰波的CJ理论 4.2爆轰波的ZND模型 4.3爆轰和爆燃状态的基本性质（Jouguet法则） 4.4反应区流动的定常解 第4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（2H2+O2，CH4+2O2）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。 第4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。 第4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。 第4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。 4.1 爆轰波的CJ理论 4.1 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，Chapman和Jouguet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。 4.1 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。 4.1.1 爆轰波的基本关系式 4.1.1 爆轰波的基本关系式 CJ理论将爆轰波视为带有化学反应的冲击波，其波阵面上仍满足质量、动量和能量守恒。 设爆轰波传播速度为D，把坐标系建立在波阵面上，则原始爆炸物以D-u0的速度流入波阵面，而以D-uj的速度从波阵面流出，如图4－1所示，其中下标j代表波阵面后的参数。 4.1.1 爆轰波的基本关系式 4.1.1 爆轰波的基本关系式 （1）质量守恒：单位时间内流入波阵面的质量等于流出的质量。 ……(1) 4.1.1 爆轰波的基本关系式 （3）能量守恒：以U0和Uj分别表示原始爆炸物及爆轰后所形成产物单位质量总内能，以Qe和Qj分别表示爆炸物和产物单位质量含有的化学能，以e0和ej代表相应物质的状态内能。则 4.1.1 爆轰波的基本关系式 因此，波阵面前后物质总的比内能的变化为： 其中 就是爆轰反应放出的化学能称为爆热。 4.1.1 爆轰波的基本关系式 由于爆轰产物中化学能Qj为零，因此： 按照能量守恒定律，单位时间、单位面积上从波阵面前流入的能量等于从波阵面后流出的能量，即 … (3) 4.1.1 爆轰波的基本关系式 4.1.1 爆轰波的基本关系式 由（3）、（6）、（7）式可推导出： ……(8) 这就是爆轰波的Hugoniot方程，也称放热的Hugoniot方程。 4.1.1 爆轰波的基本关系式 如果已知爆轰产物的状态方程： 或 ……(9) 从数学上来说，爆轰波应满足