起爆器材课后习题讲解

1．什么是起爆器材？答：起爆器材是装有少量炸药或烟火药，受外界刺激后产生燃烧或爆炸，产生能量用于引爆火药装药，引爆炸药装药，作机械功或产生特种效应的一次性使用的元器件和装置总称。绪论2．按输入能量形式和输出方式分类，雷管分为哪几类？答：按输入能量形式，热、光、电、机械。热：火焰雷管，机械：针刺雷管，冲击波：飞片雷管，电：桥丝式电雷管，光：激光雷管。按输出方式分：引燃、引爆、延时、其他。3.起爆器材的设计基本原则有哪些？答：设计原则安全性原则——要求尽可能低的安全失效率；可靠性原则——一般要求高的作用可靠性；协调性原则——除单个产品的性能外，还要考虑传爆序列和相关系统要求；继承和创新融合性原则——要尽量采用成熟技术或多数成熟技术与少数新技术结合；。最佳效费比原则——效能／费比↑贯彻低成本原则；标准化原则——通用化、系列化、模块化、制式药剂。4．起爆器材的设计具体要求有哪些？答：“生产安全性”与“作用可靠性”辨证统一。合适的感度；足够的威力；适应环境能力；使用期限；经济性。第二章热起爆1.研究热爆炸机理的目的?答：炸药的热起爆是研究炸药受热作用发生化学反应并自动加速至爆炸或爆轰的现象，热爆炸理论是炸药起爆的最基本理论，其他各种形式的起爆都以此为基础。热起爆机理研究具有很大的实际意义，因为它不仅回答了起爆可靠性问题，也能解决生产、运输、贮存和使用的安全和安定性问题。2.如何建立热爆炸基本方程？（公式中各符号的物理意义请表述清楚）答：热起爆是炸药起爆的最基本形式，其它各种形式的起爆均依次为基础。热起爆机理的显著特点是自热过程，这是炸药的放热反应所决定的。热起爆机理是以炸药发生放热反应过程的热平衡为着眼点，研究爆炸系统的化学反应动力学、热散失与起爆条件之间的关系。热起爆理论是以炸药系统反应时放热速率和散热速率之间的平衡为基础的，若前者大于后者，则爆炸可以发生，否则不能发生；前者比后者大得越多，则爆炸发生的越快。所以热起爆理论要回答爆炸能否发生（临界条件）及什么时间发生（延滞器期）的问题。炸药热起爆的临界条件分析不仅可回答可靠起爆的问题，也可为炸药使用、贮存的安全性和安定性提供依据。因为如果贮存的环境条件不符合要求，炸药由于热分解所释放的热量不能及时扩散到周围环境，就可能因自燃而导致爆炸。要解决这两个问题，首先要建立热爆炸方程。热爆炸方程本质上为能量守衡方程。对于均温系统，则是一个常微分方程。系统中的热量积累等于反应所产生的热量减去由于热传递所损失的热量，即单位体积的热平衡方程为：ρс=ρQZe-E/RT+λ▽2T（Ⅰ）为炸药微元升温所需的热量；（Ⅱ）是炸药微元化学反应释放的热量；（Ⅲ）是炸药微元向周围环境散失的热量。tT3.比较热起爆基本方程的三个假设,近似解法和结果各有什么差别?在实际应用中有哪些相近的例子?答：热爆炸理论三个最基本的理论。它们的区别在于所考虑的热阻力的位置不同。谢苗诺夫理论热阻力全在界面上，卡门涅斯基理论热阻力主要在炸药内部，边界炸药温度与环境温度同，托马斯理论炸药边界与环境温度有温差炸药内部温度也有梯度。相同的条件有环境温度不变，对称加热，三种标准的几何形状，不考虑爆炸前的炸药消耗，各种物理参数均不随温度变化等。4.如何从热爆炸的判据分析影响热起爆的因素?一.炸药装药的临界尺寸二、周围介质气体压力和壳的密封性有相变的炸药不易起爆，原因：1）、2）、气体生成物使AB+C向逆方向进行，也使其热爆炸反应变慢，即使爆发点升高（多数炸药），但也有例外，三硝基间苯酚酸铅，低压气体易扩散，热量损失增加，高压不易扩散，热损失（热传导不易发生）小，使爆发点降低。0/220RTEceaRTZEQ32.3)1(00.2)0(88.0mmc61.138.122.1mQ炸。也因散热问题易发生爆化肥，但量大时例如：硝酸铵量少时为小时也可爆大，散热慢，反之，才能发生爆炸只有环境温度较高时，小散热快，；不变，保证00TaaaTc耗热量）外还应加上相变热（消热散失除了热传导T2三、环境温度的影响环境温度越高，炸药层反应外移，延滞期缩短。四、杂质1.起化学作用的杂质：晶格变化易激发，爆发点降低，爆速增高；2.不起化学作用的杂质：吸热，热感度降低（有相变更显著）例：摔炮制造，引入氨，制后氨挥发，感度提高，使用效果好。（炸药本身性质影响可从各参数公式分析中讨论）。另外，组成炸药成分状态等。5．影响热起爆的因素有哪些？答：因素有：（1）炸药尺寸药粒或装药尺寸小，从炸药内部到边界的距离短，散热快，达到爆轰要求的加热温度高，相反爆炸点低；（2）环境温度对炸药有两种作用，加热和散热；（3）环境压力压力对炸药热分解和热爆炸有正反两方面作用；（4）杂质对热起爆影响很复杂。1．简述空气气泡的压缩起爆的过程1976年，伦道夫关于单个空气气泡的压缩起爆的过程是：0222011121xxxTkxTk032322222xxxTkxTk第三章机械能起爆气泡温度变化,时间↑气泡体积↑压力↑温度↑但当一定时间，炸药塑性变形，气泡、压力、体积不变。区）区）（区）区）3)(exp(,3)(2(1(33333233232222222211211RTEARRcHxTatTxTatTxTatT2．何为热点学说？形成热点的方式有哪些？答：在机械能作用下产生的热来不及均匀地分布到炸药全部试样上，而是集中在一些尺寸有105—10-3cm的局部小点上。热分解在某小点开始，并且由于分解的放热性质，分解速度迅速增加，使小点的温度高于爆发点。爆炸就从这些小点发生，成长并扩展到整个炸药。称这些小点为热点或反应中心。这就是热点学说。通常形成热点的方式有下列三种：（1）在机械能传入炸药时，惰性硬杂质之间的摩擦，炸药颗粒晶体间的摩擦或炸药与容器壁表面的摩擦。（2）当炸药从两冲击面间挤出时，由于炸药迅速流动所形成的塑性加热，这种形式的热点只有在流动速度很快，剪切很激烈时才有效。（3）反应物中散布的小气泡的部分绝热压缩。3．热点成长和熄灭的条件及和热起爆的关系是什么？答：根据热点能量平衡方程：热点温度为T1，周围温度为T0，T1T0热由热点向外扩散，热点温度随时间增加而下降。热点内热量向外流动，可以看成冷却波到达中心之前。如果冷却波浸入中心，爆炸还未发生，热点将熄灭。可见，只有当形成的热点满足一定的条件，即具有足够大的尺寸，足够高的温度和放出足够的热量时，才能逐渐发展而使整个炸药爆炸。热点成长：（1）热点温度T＝570～870℃（2）热点半径a＝10－5～10－3cm（3）热点作用时间：t≥10-7s（4）热点具有的热量q＝4.18×10－10～4.18×10－8J)2(22xTxxTtTc4．影响机械起爆的因素有哪些？并说明各因素之间的制约关系？答：机械能起爆的形式很多，主要有摩檫、针刺、撞击和气泡绝热压缩等起爆方式，影响它们起爆的因素各有不同。摩檫：（1）炸药本身的性质（2）杂质的影响（3）摩檫剧烈程度和摩檫表面性质；撞击：（1）撞击装置（2）试样量和结晶尺寸（3）掺杂物；针刺：（1）炸药装药密度（2）针尖角度（3）击针材料及硬度；气泡：（1）压缩速率（2）气泡初始压力、温度。第四章冲击波起爆1.试比较均相与非均相炸药起爆机理的异同。答：区别均相非均相1.跃变（冲击→爆轰）渐变2.(10%)无3.炸药反应在界面薄层同时发生分散，先后，多热点4.热化学参数Q、E起主要作用微观结构（均匀性等）起主要作用5.冲击波不导电（不反应）延滞期内导电（化学反应）在延滞期前DD2．影响炸药冲击波起爆的因素有哪些？这些因素各在起爆过程中如何起作用？答：炸药冲击波的影响因素有影响延滞期起爆深度的因素，还有临界能量的影响因素，总起来说有以下几点：（1）脉冲形式对P很大的极短脉冲，因脉冲时间达不到炸药起爆延滞气，不能引爆；而长脉冲则决定于,若达不到炸药热点生成的临界压力，同样不能引爆。（2）初始冲击波速度对某一炸药只在某一段压力范围内适用。压力过大过小都不适用，过大相当于极短脉冲，不能引爆；压力过小，则太大，能量损失大，也不能引爆。（3）初始冲击波压力，初始冲击波压力要足够大才能起爆炸药（4）装药密度和炸药密度（5）起爆面积，要有一定的起爆面积方能保证足够的热点，使爆轰得到成长。如果提高冲击波强度，则起爆面积可以减小。故对应某一压力有一临界面积存在，小于此面积炸药不能起爆。3．炸药冲击波起爆时起爆深度的物理意义是什么？答：起爆深度是指从初始冲击波进入炸药到稳定爆轰在炸药柱中经过的距离。研究炸药的起爆深度要求我们设计炸药时炸药的长度不得少于它的起爆深度，不然炸药无法起爆。4．均相与非均相炸药冲击波起爆延期有什么不同？并说明它们的影响因素？答：均相炸药起爆延滞期为初始冲击波进入炸药到爆炸发生的时间。其影响因素有：初温、初始压力、气泡。非均相炸药的起爆延滞期是指能量输入炸药至起爆所经历的时间。影响因素有：初始冲击波速度、初始冲击波压力、装药密度和炸药颗粒度。5．冲击波起爆中起爆深度和起爆延滞期有什么关系？答：延滞期是指能量输入炸药至起爆所经历的时间用te表示。起爆深度是指从初始冲击波进入炸药到稳定爆轰在炸药柱中经过的距离用d表示。则：te=tb-d/D其中tb为起爆时间即初始冲击波进入到稳定爆轰的时间；D为炸药稳定爆速第五章电起爆1．为什么说固体炸药的电击穿起爆首先发生空气击穿？答：固体炸药中除药粒外还有药粒间存在的空气，药粒与空气这两种电解质的电性能有差异，无论是在并联电路还是在串联电路中，如果两种物质击穿场强不同，则首先击穿场强低的物质。空气介电常数︰炸药介电常数=1︰5所以空气的击穿场强比炸药低得多，所以，这样的混合物总是空气先击穿，击穿的电火花再引爆炸药。2．炸药电火花感度和热感度有什么关系？答：炸药在静电火花作用下引起燃烧或爆炸的难易程度称为炸药电火花感度。炸药电火花感度和热感度既有联系又有区别，相同的是两者都是炸药对外界能量与刺激发生燃烧和爆炸的难易程度。电火花能也最终要转变为热能而使炸药燃烧或爆炸，两者的外界能量不同，影响因素也不同。电火花感度的影响因素有电极形状、材料、极性；炸药厚度、密度、粒度；周围环境影响大，气体压力、相对湿度、环境温度、发火线路等。热感度的影响因素有：炸药尺寸、环境温度、压力、杂质3．什么是巴申曲线？它在起爆器材设计中有什么作用？答：为了研究炸药内空气击穿起爆，对于小距离和低气压的情况常采用汤姆逊的撞击游离理论，在起爆器材的条件下，则采用汤姆逊的撞击游离理论，主要是游离发生后达到自持放电时的巴申定律。自持放电时击穿电压用公式表示为：这个式子通常称为巴申曲线方程。从击穿电压的公式看到，气体压力和电极距离以乘积的形式出现。这说明在均匀电场的温度不变时，击穿电压与Pδ这一乘积有关。即如果电极距离增加n倍，同时气体压力减少n倍，则击穿电压不变。这个规律在碰撞游离说建立以前就用实验证明了，称为巴申定律。由击穿电压U0和Pδ的关系画成的曲线称为巴申曲线。)11ln(ln0APBPU巴申曲线在起爆器材的应用范围，一般为δ=0.1㎝，P=0.1MPa，故Pδ=104Pa·cm，属于右支。如火花式电雷管在平原地区使用时感度升高，就属于P下降可降低U0的右支的情况。但实际上因为起爆器材极间并不都是空气，而是药粒和空气泡呈混合状态。这样的药粒较细，药柱密度较大时，也可能跨越两支或属于左支。4．炸药击穿起爆的影响因素是什么？答：（1）电极的影响如：电极形状、材料、极性；（2）炸药的影响如：炸药厚度、药剂密度、药剂粒度；（3）周围环境的影响如：压力、湿度、环境温度；（4）发火线路电阻、电容等；总之影响因素很多，除上述以外，实验数量、试样密封情况、样品面积、电极及实验空间清洁度等都有影