爆炸空气冲击波的研究

关于爆破空气冲击波的研究 1：空气冲击波

炸药在空气中爆炸时，会将化学能转化为热能，产生高温高压的爆轰气体。由于空气初始的大气压远远小于爆炸所产生的，所以周围的空气会被急剧的压缩，此时，密度和压强都会有跳跃式的升高，紧接着，会立刻迫使空气离开它原来的位置。在空气的前沿产生了一个压缩状态的空气层，这个空气层会对周围的建筑物产生巨大的伤害。 这样一种能使介质的压力、密度、速度等参数发生急剧变化，产生陡立的波阵面，形成非周期性的脉冲，并以超音速传播的机械波叫做冲击波。

冲击波虽然以极高的速度传播，在运动的过程中由于能量的传递和损耗，速度衰减得很快，当波阵面压力降至周围气体压力时，波阵面并没有停止运动，由于惯性作用而继续运动，一直到速度衰减为零。 此时，波阵面的平均压力低于周围介质的压力，会出现负压区，出现负压后，周围介质反过来对波阵面进行第一次压缩，使其压力不断增加。因此，冲击波传播过程中波阵面压力是迅速衰减的，并且初始阶段衰减快，后期衰减渐缓。 理想爆炸波与时间曲线 2:稀疏波

介质状态参数压力P，密度ρ，温度T均下降的波，特点是质点的移动方向与波的传播方向相反，弱扰动。 由它的性质得：0＜Pmin

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＜P0?1P；?Pmin=Pmin?P0＜0 ?Pmin=?由布罗德的理论工作和试验研究可近似关系，

?0.35?0.350.7 R?1.6 5R0.35, R＞1.6R 带入数据：?pmin? 3:超压计算

炸药在空气自由场中爆炸时，影响空气爆炸冲击波波阵面超压如的因素主要有：炸药的能量E0，空气初始状态下的压力P0，密度?以及传播的距离R,用数学形式可表0 示:?p?f(E0,p0,?0,R)。

一般来说，炸药的能量E0可用其质量W乘以爆热QV，将上 式化作爆炸相似律公式，可表达为：?P?f() R

Qv为爆热，指炸药在爆炸分解时释放出的热量。爆热等于炸药的反应热，与爆炸产物的生成热之差。爆热是气体膨胀做功的能源。 铵油炸药的成分为硝酸铵，其爆热为，1438kJ?kg ?1

23 超压峰值的计算?P?0.084?0.27()?0.7() RRR其中：R为测点爆心距，单位：m；

W为TNT装药质量，单位：kg。

如果装药不是TNT，则装药质量可以根据爆热换算成TNT当量。取TNT的爆热为 4.184x10J/kg，换算公式为：W?W1?QV 4.184?1066

336?1??1.35?10kg/mQ?1.438?10/J?KgV 因为， W1V?5?6?0.05?1.35?103kg/m3?2025kg 所以铵油炸药的装药质量为：

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W?2025?QV?695.97kg4.184?106 对所求药包超压进行积分运算： ?0.05

0dz?dx??332.5?2.5[0.084?695.97x2?y2?z2?0.27?(695.97x2?y2?z2)?0.7(2695.97x2?y2?z2)3dy 积分后的结果为0.19。 4：爆炸波

爆炸波（冲击波和稀疏波）与时间的关系可用下面的解析关 系式表达：

?P(t)??p??f(t/?)tecos()，函数f()和常数cos，??取决于超压曲线的形状和?，?之值。 5：正负冲量的计算

正、负相冲量是两个非常重要的爆炸波参数。一般采取冲击波峰值超压和冲量I表征冲击波的强度。如果求单位面积上所受到冲击波作用的冲量，只需要求冲击波峰超压对时间的积分。 Ist??ts??[P(t)?P0]dt [P(t)?P0]dt IS??t??ts??ts 6：空气冲击波对目标物的破坏

当空气冲击波作用于周围的目标物时，对它们可能产生不同程度的破坏和损伤造成直接的经济损失。目标物的破坏程度不仅与爆炸源性质，爆炸能量，冲击距离，等因素有关，而且与目标物的形状，强度，弹性等因素有关。主要的影响因素：

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① 冲击波波阵面上超压峰值的大小；

② 冲击波的作用时间及作用压力随时间变化的性质； ③ 目标物所处的位置，及目标物与冲击波阵面的相对关系。 ④ 目标物的形状和大小；

⑤ 目标物的动力学性质，如自振周期，阻尼系数等。 7：空气冲击波超压的控制措施

超压的控制有两个方案，分别为“减源”与“削波”。 “减源”控制措施应该与影响因素相对应，从提高爆炸能量利用率入手，具体措施如下：

① 大规模爆破前应尽量查明爆区岩石性质和地质条件，特别是岩石的波阻抗参数，各种地质结构面的性质以及产状等，选取与之较匹配的炸药品种 ：一般炸药的波阻抗小于岩石的波阻抗，可以采用增加装药密度的方法来提高炸药的波阻抗，达到二者合理的匹配。 ② 确定合适的装药量十分关键，但由于岩石性质和爆破条件的复杂性，条件允许时最好以现场试验得到的炸药单耗和总装药量。 ③ 按被爆区的实际资料来确定合理的爆破参数，避免采用过大的最小抵抗线，做好爆破设计工作。

④ 提高爆破施工工艺 ,改善爆破条件，充分利用自由面，消除爆破夹制条件，减少炸药单耗量。

⑤ 保证堵塞质量和堵塞长度，采用合理的方法进行都塞。 ⑥ 合理规定放炮时间 ,最好不要在早晨、傍晚或雾天放炮 。综合考虑爆区的地形，起爆时考虑风向、天气气象等因素。 “削波”

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控制

在爆破地点附近用各种材料(混凝土、岩石、金属和其它材料) 构筑阻波墙或阻波排柱 ,可使空气冲击波在形成的瞬间减小到 1/ 50 以上。

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