爆炸的破坏形式及破坏力.ppt

第第4 4讲讲 爆炸的破坏形式及破坏力爆炸的破坏形式及破坏力1a§4.1 §4.1 爆炸的破坏形式爆炸的破坏形式 爆炸的破坏形式通常有直接爆破作用、冲击波的破坏作用和火灾等三种4.1.1 4.1.1 直接的爆破作用直接的爆破作用 爆炸物质爆炸后对周围设备和建筑物的直接的破坏作用 这种破坏作用的大小决定于爆轰波阵的压力和爆炸压力的大小以及爆炸产物在作用目标上所产生的冲量2a 它直接造成机械设备、装置、容器和建筑物的毁坏和人员的伤亡，后果往往是严重的 机械设备和建筑物被冲击后，会变成碎片飞出碎片一般在100m~500m内飞散，会在相当范围内造成危险在一些爆炸事故中由于爆炸碎片击中人体造成的伤亡常占较大的比例3a 爆炸物质爆炸时．产生的高温高压气体产物以极高的速度膨胀，象活塞一样挤压其周围空气，把爆炸反应释放出的部分能量传给这压缩的空气层，空气受冲击而发生扰动，使其压力、密度等产生突跃变化，这种扰动在空气中传播就成为冲击波4.1.2 4.1.2 冲冲击击波的破坏作用波的破坏作用冲击波的形成4a 冲击波的传播速度极快，它可以在周围环境中的固体、液体、气体介质(如金属、岩石、建筑材料、水、空气等)中传播。

在传播过程中，可以对周围环境中的机械设备和建筑物产生破坏作用和使人员伤亡冲击波还可以在它的作用区域内产生震荡作用，使物体因震荡而松散甚至破坏冲击波的破坏5a 冲击被的破坏作用主要是由其波阵面上的超压引起的在爆炸中心附近，空气冲击被波阵面上的超压可达几个甚至十几个大气压冲击波在传播过程中超压降低很快 空气冲空气冲击击波波压压力曲力曲线线6a破坏破坏破坏破坏等级等级等级等级建筑物破坏程度建筑物破坏程度建筑物破坏程度建筑物破坏程度超压超压超压超压ΔPΔPk k/10/105 5p pa a1 1砖木结构完全破坏砖木结构完全破坏砖木结构完全破坏砖木结构完全破坏>2.0>2.02 2砖墙部分倒塌或缺裂、土房倒塌砖墙部分倒塌或缺裂、土房倒塌砖墙部分倒塌或缺裂、土房倒塌砖墙部分倒塌或缺裂、土房倒塌1.0~2.01.0~2.03 3木结构梁柱倾倒，部分折断，砖结构屋顶掀掉，墙部木结构梁柱倾倒，部分折断，砖结构屋顶掀掉，墙部木结构梁柱倾倒，部分折断，砖结构屋顶掀掉，墙部木结构梁柱倾倒，部分折断，砖结构屋顶掀掉，墙部分移动或裂缝，土墙开列或部分倒塌分移动或裂缝，土墙开列或部分倒塌分移动或裂缝，土墙开列或部分倒塌分移动或裂缝，土墙开列或部分倒塌0.5~1.00.5~1.04 4木板隔墙破坏，木屋架折断，顶棚部分破坏木板隔墙破坏，木屋架折断，顶棚部分破坏木板隔墙破坏，木屋架折断，顶棚部分破坏木板隔墙破坏，木屋架折断，顶棚部分破坏0.3~0.50.3~0.55 5门窗破坏，屋面瓦大部分掀掉，顶棚部分破坏门窗破坏，屋面瓦大部分掀掉，顶棚部分破坏门窗破坏，屋面瓦大部分掀掉，顶棚部分破坏门窗破坏，屋面瓦大部分掀掉，顶棚部分破坏0.15~0.30.15~0.36 6门窗部分破坏，玻璃破碎，屋面瓦部分掀掉，顶棚抹门窗部分破坏，玻璃破碎，屋面瓦部分掀掉，顶棚抹门窗部分破坏，玻璃破碎，屋面瓦部分掀掉，顶棚抹门窗部分破坏，玻璃破碎，屋面瓦部分掀掉，顶棚抹灰脱落灰脱落灰脱落灰脱落0.07~0.150.07~0.157 7砖墙部分破坏，屋面瓦部分翻动，顶棚抹灰部分脱落砖墙部分破坏，屋面瓦部分翻动，顶棚抹灰部分脱落砖墙部分破坏，屋面瓦部分翻动，顶棚抹灰部分脱落砖墙部分破坏，屋面瓦部分翻动，顶棚抹灰部分脱落0.02~0.070.02~0.078 8房屋玻璃完全无损房屋玻璃完全无损房屋玻璃完全无损房屋玻璃完全无损0.001~0.050.001~0.05 表表3-10 3-10 不同超不同超压压冲冲击击波波对对建筑物的破坏程度建筑物的破坏程度7a 为防止冲击波对周围建筑物的破坏，可确定一个距爆炸物质存放地点的安全距离。

安全距离可参考下式进行计算： Rs—周围建筑物距爆炸物质的安全距离，m； Wb —炸药重量（kg） K一安全系数安全系数K的值决定于建筑物所要求的安全等级及周围有无防爆土围墙K值参见表3-118a9a 通过动物试验得知，冲击波对人体的伤害作用主要是破坏人体血管、肺细胞及支气管，亦能伤害胃肠及隔膜超压超压超压超压ΔPΔPk k/10/105 5p pa a损伤程度损伤程度损伤程度损伤程度损伤等级损伤等级损伤等级损伤等级<0.2<0.2无伤无伤无伤无伤无伤无伤无伤无伤0.2~0.30.2~0.3轻微挫伤轻微挫伤轻微挫伤轻微挫伤轻微轻微轻微轻微0.3~0.50.3~0.5听觉器官损伤，中等挫伤骨折等听觉器官损伤，中等挫伤骨折等听觉器官损伤，中等挫伤骨折等听觉器官损伤，中等挫伤骨折等中等中等中等中等0.5~1.00.5~1.0内脏严重挫伤，可引起死亡内脏严重挫伤，可引起死亡内脏严重挫伤，可引起死亡内脏严重挫伤，可引起死亡严重严重严重严重>1.0>1.0可大部分死亡可大部分死亡可大部分死亡可大部分死亡极严重极严重极严重极严重 冲冲击击波波对对人人损伤损伤程度程度10a 普通炸药在空气中爆炸，使人致死距离可按下式估算： Rm—使人致死距离，m；11a 爆炸发生后，爆炸气体产物的扩散只发生在极其短促的瞬间，对一般可燃物来说，不足以造成起火燃烧，而且冲击波造成的爆炸风且还有灭火作用。

但是建筑物内遗留大量的热或残余火苗，会把从破环的设备内部不断流出的可燃气体或易燃、可燃液体的蒸气点燃，也可能把其它易燃物点燃引起火灾 4.1.3 4.1.3 造成火灾造成火灾12a（（1 1））压缩压缩波的基本概念波的基本概念P0PxF F未未扰动扰动区区P1Px扰扰动动区区P0§4.2 §4.2 冲冲击击波波13a　　在无限长气筒活塞右侧充满压力为P0的气体，当活塞在压力F的作用下向右运动时，会在活塞中产生一个自左向右传播的波，　扰动传播后，使介质状态参数(P、ρ、T)增加，这样的波称为压缩波反之，波阵面过后使介质状态参数(P、ρ、T)降低的波，称为稀疏波声波——扰动区内介质质点运动是振动的， 即有周期性，有压缩也有稀疏， 所以既不是压缩波也不是稀疏波声速对于理想气体14a 以上提到的以上提到的压缩压缩波、稀疏波以及声波，波、稀疏波以及声波，都有一个共同特点：波都有一个共同特点：波阵阵面面处处的状的状态态参数是参数是个微分量，未个微分量，未扰动扰动区到区到扰动扰动区的状区的状态态参数是参数是渐变渐变的，的，这这种种扰动扰动称称为为弱弱扰动扰动，，这这些波都称些波都称为为弱弱扰动扰动波波。

弱弱扰动扰动波的波速度均等于波的波速度均等于该该介介质质中的声速中的声速15a（（2 2）冲）冲击击波的形成波的形成16a 当活塞从静止状当活塞从静止状态态向右作等加速度运向右作等加速度运动动时时，活塞右，活塞右侧邻侧邻近的介近的介质质首先受到首先受到压缩压缩，，压压力、密度增大，力、密度增大，这这种状种状态态的的变变化向右化向右传传播开播开去，形成一右行弱去，形成一右行弱压缩压缩波 当活塞再作等加速运当活塞再作等加速运动时动时，，则则在已在已经经被被第一个弱第一个弱压缩压缩波波扰动过扰动过的介的介质质中又有一个新中又有一个新的弱的弱压缩压缩波波传传播 显显然，倘若活塞做然，倘若活塞做连续连续等加速度运等加速度运动动，，便有一系列相便有一系列相应应的弱的弱压缩压缩波向右波向右传传播，介播，介质质状状态发态发生生连续连续的的变变化17a 可可见见，当活塞做，当活塞做连续连续加速运加速运动时动时，在其右，在其右侧侧便便产产生一系列的生一系列的压缩压缩波，并且波，并且后者的波速大后者的波速大于前者的波速，于前者的波速，后波追赶前波，一旦后面的后波追赶前波，一旦后面的压压缩缩波都赶上了第一个波，便迭加形成了波都赶上了第一个波，便迭加形成了压压力突力突跃跃升高的冲升高的冲击击波，它的波波，它的波阵阵面是突面是突跃跃面，波面，波阵阵面上面上压压力、密度、温度和介力、密度、温度和介质质运运动动速度等参数速度等参数都突都突跃跃升高。

升高 由此得出，由此得出，冲冲击击波波是波是波阵阵面面过过后，介后，介质质状状态态参数突参数突跃变跃变化的一种化的一种强强压缩压缩波 波波阵阵面的面的传传播速度称播速度称为为冲冲击击波波速波波速18a 现现分析每道波的波速分析每道波的波速 第第1 1道波：道波： 第第2 2道波：道波： 第第n n道波：道波： 根据根据压缩压缩波特性，波特性，显显然有：然有： 所以所以19a 如果如果这时这时活塞速度不活塞速度不变变，，继续继续向右运向右运动动，，则则波波阵阵面面压压力、波速等冲力、波速等冲击击波参数保持恒定，波参数保持恒定，即冲即冲击击波定常波定常传传播但是，若活塞停止运播但是，若活塞停止运动动，，冲冲击击波的波的传传播不能播不能连续连续得到外部能量的支持，得到外部能量的支持，即形成冲即形成冲击击波的自由波的自由传传播这时这时，在冲，在冲击击波波传传播播过过程中，波速即行下降，波程中，波速即行下降，波阵阵面面压压力等力等参数相参数相应应衰减，直至衰减，直至变变成成为为声波（或声波（或应应力波）。

力波） 由此得出，冲由此得出，冲击击波波传传播播过过程中要保持其程中要保持其固定的波速和波固定的波速和波阵阵面的面的压压力，力，则则必必须须不断从不断从外部外部获获得能量的得能量的补补充20a平面正冲平面正冲击击波的波的传传播播（（3 3）冲）冲击击波的基本方程波的基本方程21a 根据根据质质量守恒定律，量守恒定律，单单位位时间时间内流入与内流入与流出波流出波阵阵面的物面的物质质的的质质量相等即：量相等即： 根据根据动动量守恒定律，运量守恒定律，运动动物体物体动动量的量的变变化等于外力作用的冲量化等于外力作用的冲量 由能量守恒定律：系由能量守恒定律：系统统内能量的内能量的变变化化应应等于等于外力所做的功，介外力所做的功，介质质的能量是其内能和的能量是其内能和动动能之和4-14-1））（（4-24-2））（（4-34-3））22a单单位位时间时间内从右内从右边边流入波流入波阵阵面的介面的介质质的能量：的能量：向左流出波向左流出波阵阵面的介面的介质质能量能量为为：：右右边边的未的未扰动扰动的介的介质压质压力所做的功力所做的功 左左边边介介质压质压力所做的功力所做的功 23a整理整理经变换经变换之后，可得冲之后，可得冲击击波基本方程：波基本方程：其中其中 V V为为比容：比容：（（4-1A4-1A））（（4-2A4-2A））（（4-3A4-3A））24a如果介如果介质为质为理想气体，理想气体，则则其状其状态态方程方程为为：：理想气体的内能理想气体的内能为为：：代入（代入（4-3A4-3A）得：）得：（（4-44-4））（（4-3B4-3B）） 其其为为理想气体的冲理想气体的冲击击波波绝热绝热方程或方程或HugoniotHugoniot方程。

其中方程其中绝热绝热指数，指数， ，一般取，一般取1.4.1.4.25a 将方程（将方程（4-3B4-3B））绘绘在在P-VP-V图图，得到一向上凹的曲，得到一向上凹的曲线线，称，称为为空气冲空气冲击击波波绝热绝热曲曲线线冲冲击绝热击绝热曲曲线线方程和波速方程和波速线线 将方程（将方程（4-2A4-2A））绘绘在在P-VP-V图图，得到一直，得到一直线线，称，称为为波速波速线线 冲冲击击波波绝热绝热曲曲线线是不是不同同强强度的冲度的冲击击波通波通过过同一同一介介质质初初态时态时，所达到的一，所达到的一系列系列终态终态点点联联成的曲成的曲线线，，而不是而不是过过程程线线 冲冲击击波的波速波的波速线线是相是相同的冲同的冲击击波波传过传过具有同一具有同一初始状初始状态态的不同介的不同介质质所达所达到的到的终终点状点状态态的的连线连线26a（（4 4）冲）冲击击波特点：波特点：（（1 1）冲）冲击击波波波波阵阵面前后介面前后介质质状状态态在极小范在极小范围围内内发发生突生突跃变跃变化，其差化，其差值为值为有限量；有限量；（（2 2）冲）冲击击波波传传播速度永播速度永远远大于未大于未扰动扰动介介质质中中的声速；的声速；对对于已于已扰动扰动介介质质，其，其传传播速度小于播速度小于该该介介质质当地声波速度；当地声波速度；（（3 3）冲）冲击击波波速与其波波速与其强强度有很大关系，而声度有很大关系，而声波波则则不然。

不然4 4）没有外界能量的支持，冲）没有外界能量的支持，冲击击波波传传播因消播因消耗能量而逐耗能量而逐渐渐衰减衰减为为音波而音波而趋趋于消失27a 冲冲击击波的波波的波阵阵面上的超面上的超压压与与产产生冲生冲击击波的能量波的能量有关在其它条件相同的情况下，气体爆炸能量越有关在其它条件相同的情况下，气体爆炸能量越大，冲大，冲击击波波强强度越大，波度越大，波阵阵面上的超面上的超压压也越大 在平坦地形条件下，可按下式在平坦地形条件下，可按下式计计算超算超压压：：（（5 5）冲）冲击击波的超波的超压压28a 爆炸气体爆炸气体产产生的冲生的冲击击波是主体冲波是主体冲击击波，它以爆波，它以爆炸点炸点为为中心，以球面向外中心，以球面向外扩扩展展传传播随半径增大，播随半径增大，波波阵阵面表面面表面积积增大，超增大，超压压逐逐渐渐减弱，最后超减弱，最后超压压(△P)(△P)趋趋向于零，冲向于零，冲击击波波变变成声波29a4.3.1 4.3.1 物理爆炸物理爆炸时时破坏力的破坏力的计计算算§4.3 §4.3 爆炸破坏力的爆炸破坏力的计计算算 当带压容器内介质为压缩气体时，发生物理爆炸时的破坏力，相当于该气体绝热膨胀时所作的功，或按下式进行计算：p 介介质为压缩质为压缩气体气体时时的的计计算算30aL L1 1一气体容器的爆炸力，一气体容器的爆炸力，J J；；P P一气体的一气体的压压力力( (绝对压绝对压力力) )，，PaPa；；V V一容器的容一容器的容积积,m,m3 3；；K K一气体的一气体的绝热绝热指数，即气体的定指数，即气体的定压压比比热热与定容比与定容比热热之比，之比，想气体的想气体的K K值值，，1≤K≤5/31≤K≤5/3；；单单、双、三原子气体、双、三原子气体K K值见值见表表4-74-7、常用气体、常用气体K K值见值见表表4-84-8。

31a32a 通常用液体加通常用液体加压时压时所做的功作所做的功作为为常温液体常温液体压压力容器爆力容器爆炸炸时释时释放的能量，放的能量，计计算公式如下：算公式如下： p 介介质质全部是液体全部是液体时时的的计计算算式中式中 W W一常温液体一常温液体压压力容器爆炸力容器爆炸时释时释放的能量，放的能量，J J；； P P一液体一液体压压力，力，kgfkgf／／cmcm2 2( (绝对绝对) )；； V V一容器容一容器容积积，，cmcm3 3；； β βt t——液体在液体在压压力力P P和温度和温度t t下的下的压缩压缩系数，系数，cmcm2 2／／kgfkgf33a4.3.2 4.3.2 化学爆炸破坏力的化学爆炸破坏力的计计算算理论计算的三点假论： ①爆炸物质的爆炸过程是一定容过程； ②爆炸过程是绝热过程； ③爆炸产物的热容只是温度的函数根据反应热来计算最高爆炸温度步骤： （1）写出爆炸反应方程式； （2）爆炸产物的平均热容； （3）由热平衡式计算最高爆炸温度p 爆炸的最高温度爆炸的最高温度计计算算34a 由于爆炸的气体产物温度很高，可以用气体状态方程计算最高爆炸压力。

p 爆炸的最大爆炸的最大压压力力计计算算 爆炸后： 由以上两式可得： 35a36a37a爆炸爆炸压压力的力的测试测试系系统见图统见图3-33-3所示p 爆炸的最大爆炸的最大压压力力测测定定38a 爆炸容器为一个容积为10L的中空球体，球体壁上安有测压传感器，点火电极设在球体中心实验首先将爆炸容器抽真空，充入可燃气体，用单管水银压力计控制可燃气充入量，再充入空气至1atm由半导体温度计测出混合气体的初始温度，再由触发电路使电极点火，使爆炸容器内的混合气体发生爆炸用压力传感器记下压力，并同时记下时间标这样即可同时测出最大爆炸压力和压力上升速度39a 可燃气体或蒸汽可燃气体或蒸汽产产生最大爆炸生最大爆炸压压力的力的浓浓度是一个定度是一个定值值，，它比化学它比化学计计算算浓浓度高一些度高一些 测试测试出的七种可燃气体的最大爆炸出的七种可燃气体的最大爆炸压压力和力和压压力上升速力上升速度列于表度列于表3-73-7中 爆炸性混合气体的爆炸爆炸性混合气体的爆炸压压力越高、力越高、压压力上升速度越快，力上升速度越快，则则其安全性越差，危其安全性越差，危险险性越大。

性越大40ap 爆炸能量估算爆炸能量估算 化学反应所放出的能量可根据参与反应的可燃气体量和它的燃烧热(高发热值)直接计算得到：E—化学爆炸时的爆炸能量（kJ）；V—参与反应的可燃气体在标准状态下的体积，m3；QV—可燃气体的发热值；41a 可是，在大多数情况下，参与反应的可燃气体的量是难以计量的因此，要进行计算必须首先估计参与反应的可燃气体量 如果混合气中含氧量充裕，就只要估计可燃气体量； 如果可燃气浓度很高，含氧浓度低，不能充分燃烧，就要估算能与氧反应的可燃气体量 由估算出的可燃气体量计算出的爆炸能量也是一个估算值42a§4.4 §4.4 影响爆炸破坏作用的因素影响爆炸破坏作用的因素 爆炸物质在爆炸瞬间释放出爆炸能量，这种能量以热、光、压力上升、机械功和冲击波等形式出现，它们具有巨大的破坏作用 破坏力的大小与下列因素有关：p 爆炸物的性爆炸物的性质质和数量和数量 显然，爆炸物质的数量越多，爆炸威力越大，其破坏作用也越大43a 爆炸物质的温度、初期压力、混合均匀程度、以及点火源和起爆能等 爆炸物质的温度和初期压力对爆炸的发生具有重要影响。

显然，温度越高，压力越大，它的破坏作用也越大 对于多组分混合而成的爆炸物质，混合均匀程度的物质爆作用大 一些爆炸物质在比较弱的点火源作用下，只能发生燃烧，可是在强的点火源或起爆能的作用下能够发生爆炸p 爆炸爆炸时时的条件的条件 44a 发生在设备内、厂房内和厂房外的爆炸，其作用各不相同 一般来说发生在设备内、厂房内的爆炸的破坏作用是比较大的 爆炸作用的大小还和周围环境有关，也和环境中有无障碍物有关当爆炸发生在均匀介质的自由空间时，从爆炸中心点起，在一定范围内，破坏力的传播是均匀的，并使这个范围内的物体粉碎和飞散p 爆炸的位置爆炸的位置45a。