气相爆轰动力学

 

《气相爆轰动力学》较为系统地论述了气相爆轰动力学的主要理论方法与基本成果，内容涉及气相爆轰研究基础及现象、爆轰状态与爆轰波结构和直接起爆引起爆轰等基本问题。《气相爆轰动力学》共分三篇十章：第一篇概述气相爆轰理论基础、爆轰测试技术和可燃混合气体中爆轰现象；第二篇介绍爆轰接近极限时的传播机理与结构、爆轰胞格尺寸的测试技术与规律分析及爆轰临界直径；第三篇为高电压点火有效能量的测量及其特性、可燃混合气体直接起爆临界能量的规律和直接起爆临界能量的预测。《气相爆轰动力学》着力阐述气相爆轰动力学实验和理论研究的新方法、新认识和新进展。 《气相爆轰动力学》可供安全科学与工程、矿业工程、兵器科学与技术以及空气动力学、工程热物理等学科的研究人员、工程技术人员、高校教师阅读，也可作为有关专业本科生和研究生的参考用书。

第1章 绪论
随着经济的不断发展，现代化程度不断提高，产业向大型化、集中化发展。物质及能量的高度集中，必然带来大量的安全问题。例如，现代工业生产过程中不可避免地涉及大量的易燃易爆气体，一旦可燃物质与空气混合并达到一定浓度范围，在一定点火能量作用下即可发生燃烧、爆炸，甚至破坏力更强的爆轰，在很大的范围内造成财产损失和人员伤亡。
爆炸，是自然界中经常发生的一种物理或化学物理的过程。在爆炸过程中，爆炸物质以极快的速度释放出巨大能量，爆炸瞬间所产生的高压气体产物或被瞬态加热汽化的物质对周围介质做功，并发出各种能量辐射等对目标产生破坏作用。爆炸最主要的特征是可在周围介质中瞬间产生压力突跃，这是造成破坏效应最重要的原因之一。
根据爆炸所释放能量速率大小和产生的爆炸波传播速度的快慢，把爆炸分为爆燃和爆轰。爆燃以每秒数米至数百米的亚音速传播，而爆轰波则以每秒千米以上的超音速在未反应介质中传播。所谓爆轰是一种前导冲击波和化学反应强耦合，并且自持传播具有强间断的现象，波前介质经冲击波压缩至较高的温度和密度，从而能够在很小尺度内迅速发生化学反应，而释放的化学能量又反过来支持前导冲击波的传播。爆燃和爆轰过程有着本质性的区别：爆燃过程是以热传导、热辐射及燃烧气体扩散的方式进行的，这个过程进行缓慢，爆燃波阵面两侧的压力、温度和密度都是连续变化的；爆轰过程则不同，它以爆轰冲击压缩的方式进行，这个过程是瞬间完成的，爆轰波两侧的压力、温度和密度都是突跃上升的。因此，对于同一种可燃混合物，爆轰状态比爆燃状态造成的破坏效应要严重得多。人们一方面希望在可控制的范围内利用它高效的能量投放能力，如爆轰发动机的应用；另一方面则希望避免它在各种不恰当场合的意外出现，以免造成严重的破坏和损失，如瓦斯爆炸、粉尘爆炸等。爆燃转爆轰一旦失控将会引起灾难性后果，碳氢燃料（尤其是氢气、瓦斯气体）的爆炸事故时有发生[1-4]。因此，如何预防或减小爆炸事故的危害、如何有效地控制爆轰的形成，是所有研究爆燃和爆轰首先需要面对的问题[5-13]。
爆轰的发现可追溯到15 世纪，有学者发现当某些特定的化合物（如雷酸汞）受到强烈的冲击或者震动时，通常出现强烈的化学分解反应。19 世纪60 年代，随着当时科技的发展，捕捉高速燃烧现象和测定燃烧波速度的仪器被运用于研究燃烧问题，发现存在一种远高于一般火焰传播速度的燃烧波，这种燃烧波的传