[科普中國]-爆溫

概述

爆溫是指炸藥爆炸時放出的熱量，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。1

爆溫取決于爆熱和爆炸產(chǎn)物組成，可以理論計算，也可近似實驗測定。常用炸藥爆溫值為2000～5000K。比容一定時，推進劑爆溫愈高，能量愈大。對發(fā)動機噴管或火炮炮膛的燒蝕也愈大，故不能一味追求高的爆溫。實驗測定爆溫尚十分困難，因為爆溫很高，且達最大值后在極短時間內(nèi)即迅速下降，同時又伴隨有爆轟的破壞效應?？捎蒙夥y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, 測出光譜的能量分布或兩個波長亮度的比值，再計算爆溫。測定結(jié)果誤差，對液體炸藥為±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際意義，一方面它是熱化學汁算所必需的重要參數(shù)，另一方面在實際爆炸工作中，對其數(shù)值有一定的要求。如對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，可達幾千攝氏度，目前用試驗的力法測定較為困難。為了得到炸藥的爆溫數(shù)值，一般采用理論計算方法。2

改變爆溫提高爆溫根據(jù)實際需要．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，而后者卻會導致爆溫下降，綜合效果如何，要看具體情況。因此調(diào)整爆溫應全面考慮三個因素的綜合作用。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，當消耗同等氧量時，鋁、鎂氧化時釋放的能量與其氧化物熱容量的比值，比碳、氫氧化產(chǎn)物的對應比值大得多，因此鋁、鎂的加入對提高混合炸藥的爆溫是十分有利的．在許多彈藥中，如水雷、魚雷以及對空導彈中裝填含鋁炸藥，就是基于這個原理。

降低爆溫降低炸藥的爆溫也是實際應用中經(jīng)常考慮的問題之一。對于礦用炸藥來說，這可以避免在井下爆破時引起瓦斯及礦塵的爆炸；對于火藥來說，降低燃燒溫度，可以減少對炮膛的燒蝕。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，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。現(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

爆溫計算因為爆炸過程中，溫度變化極快、極高，可達幾千度。因此目前用實驗方法測量爆溫較為困難。所以理論上計算爆溫具有很重要的實際意義。

目前所采用的爆溫測定方法是測定爆炸瞬間產(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黑體光譜中的能量分配進行比較而得到的爆溫數(shù)據(jù)。但由于實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溫度稍高一些。

爆溫的理論計算

為了簡化爆溫的理論計算，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)，而與爆炸時所處的壓力(或密度)狀態(tài)無關(guān)，但此假定對于高密度炸藥爆溫的計算將會引起一定的誤差。

（1）由爆炸產(chǎn)物的平均熱容量計算爆溫。

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

對一般不太復雜的計算，僅取其中第一、二項，即認為熱與溫度成直線關(guān)系，則

由上式得到：

所以，

于是爆溫 。

利用此法計算爆溫時，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)的實驗溫度只為2500~3000℃，故外推溫度過高時，應以注意。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)能值來計算。爆炸產(chǎn)物的內(nèi)能值隨溫度變化的數(shù)據(jù)較已準確的求出，并列于右圖中。

在爆炸的情況下，被認為是定容過程，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