PDF《特殊炸药的爆轰参数计算》

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6 3-) , 男, 教授, 博士生导师, 主要从事爆炸理论与爆炸效应研究. E - m a i l : d y m a t @1

6 3. c o m B KW 方程计算乳化炸药或含有其它元素炸药的爆轰时, 计算结果却不理想, 一般做法是修改其中某个 参数, 对其进行修正[

8 -

9 ] . 目前, 爆轰法合成纳米粉体材料已经成为爆炸加工的一个重要分支领域, 例如: 炸药爆轰合成纳米 F e 2O

3、 纳米 M n F e 2O

4、 纳米 A l 2O

3 以及其它离子晶体等.为了了解和研究爆轰合成纳米粉体的爆轰 反应结构和机理, 探讨爆轰过程中纳米粉体可能存在的状态, 需要计算爆轰合成用炸药的爆轰反应参 数.但是这类炸药中混有大量的金属元素, 而这些金属元素并不包含在 B KW 程序中, 因此采用 B KW 程序直接计算比较困难. 本研究通过深入分析 B KW 物态方程, 在BKW 方程中耦合目标物固体状态方程, 计算含有大量 F e 、 M n 、 A l元素等固体产物的炸药爆轰参数, 扩展 B KW 状态方程在爆轰合成纳米颗粒方面的应用.

2 爆轰参数理论计算方法 2.

1 B KW 物态方程形式下的爆轰产物热力学参数 B KW 物态方程形式下, 爆轰产物的热力学参数为[ 5] Em, g( T, V ) R T =∑k i E0 m, g , i R T + α T T +θ ( f-1 ) (

3 ) Em, s =∑( H0 m -p

0 V0 m, s +E ′ m, s ) i (

4 ) Sm, g R =∑k i S0 m, g , i R - ∑k i l n k i -l n p p0 +l n f- e β ω -1 β + α T T +θ ( f-1 ) (

5 ) Sm, s R =∑ S

0 m, s R + S ′ m, s ? è ? ? ? ÷ R i (

6 ) μ g , i R T = G0 m, g , i R T +l n k i +l n p p

0 + e β ω -1 β -l n f+ Z i ∑k i Zi ( f-1 ) (

7 ) μ s R T =∑ G0 m, s R T + p Vm, s -p

0 V0 m, s R T - μ ′ s ? è ? ? ? ÷ R T i (

8 ) 式中: E 为内能;

S 为熵;

μ 为化学势;

H 为焓;

G 为吉布斯自由能;

f=1+ωe β ω ;

上标

0 代表物质处于标 准状态, 即标准大气压下的值;

下标 g 和 s 分别代表气态和固态;

下标 m 代表1m o l物质;

k i 为第i 种气体成分的摩尔浓度;

Z i 为第i种气体成分的余容因子;

E ′ m, s、 S ′ m, s和μ ′ m, s分别代表爆轰产物中固体的 内能、 熵、 吉布斯能受压强影响的项, 其值由高压固体物态方程形式以及热力学公式确定, 具体推导及方 程形式见文献[

1 0 ] .由此可见, 只要获得了某种固体物质( 如C、 A l 2O

3、 M n F e 2O

4 等) 的物态方程, 即可 确定它的化学势、 内能、 熵等参数, 从而计算得到含有这种固体物质的炸药的爆轰参数. 2.

2 爆轰产物混合法则及爆轰参数计算 根据炸药爆轰产物的浓度, 可计算出单位质量爆轰产物中气体产物和固体产物的体积和内能.单 位质量爆轰产物的体积v和内能e 分别为气体产物和固体产物的体积和内能之和, 即v=n g vm, g +n s vm, s (

9 ) e=n g e m, g +n s e m, s (

1 0 ) 式中: n g 和n s 分别为单位质量爆轰产物中气体和固体产物的物质的量. 给定一组( p, T) 值后, 爆轰波的 H u g o n i o t方程为 e-e

0 =

1 2 ( p+p 0) ( v

0 -v) (

1 1 ) 式中: p、 v、 e分别为爆轰状态下的压强、 产物比体积和产物比内能, 下标

0 代表爆轰波阵面前的状态, v

0 为炸药的初始比容.由(

1 1 ) 式可计算出v, 若此v 值与( 9) 式得到的比容一致, 则认为给定的压强和 温度为合理值.根据该温度和压强, 计算爆轰产物的比容v, 从而求解得到炸药的爆速 D.在求得一系 列爆速值后, 按照爆轰参数的流体动力学方 程组和 C - J假设, 确定 C J爆压 pC J、 C J比容v C J、 C J爆速