爆熱

爆熱亦稱爆炸熱。1mol爆炸物爆炸時放出的熱量。爆熱是爆炸物產生臣大破壞、拋擲和粉碎功的能源，它與爆炸物的爆速、爆壓等數據密切相關。因為爆炸變化極為迅速，可以看作是在定容下進行的，因此一般用Qv來表示。如果發生爆轟，爆轟過程的爆熱是指爆轟波中C-J面上所放出的能量，它完全傳遞給爆轟波的穩定傳播；爆破熱則是在爆轟波中進行的一次化學反應的熱效應的總和，它與爆炸物的作功能力有著密切關係。

基本介紹

• 中文名：爆熱
• 外文名：explosion heat
• 簡述：1mol爆炸物爆炸時放出的熱量
• 單位：kJ·mol-1或kJ·kg-1
• 細分類：爆轟熱、爆破熱和最大爆熱
• 套用：冶金過程

概念

一定量的炸藥爆炸時放出的熱量叫作炸藥的爆熱，通常以1 mol或1 kg炸藥爆炸所釋放的熱量表示（kJ·mol^-1或kJ·kg^-1）。

爆熱與燃燒熱不同，燃燒熱是表示物質中的可燃元素完全氧化時放出的熱量，用該物質在純氧中完全燃燒時放出的熱量表示。測量燃燒熱時需補加氧，而爆熱則不用，因為炸藥的爆炸變化極為迅速，可以看作是在定容下進行的，而且定容熱效應可以更直接地表示炸藥的能量性質，因此炸藥爆熱均指定容爆熱。

炸藥的爆熱是一個總的概念，對於爆轟來說，能量可以分為三類，即爆轟熱、爆破熱和最大爆熱。這些能量概念和炸藥的其他爆炸性質有密切關係。爆轟熱是指爆轟波中C-J面上所放出的能量，它完全傳遞給爆轟波以維持爆轟波的穩定傳播。所以這種能量的大小與炸藥的爆速密切相關；爆破熱則是在爆轟波巾一次化學反應的熱效應與氣體爆炸產物絕熱膨脹時所產生的二次平衡反應熱效應的總和，它與炸藥的做功能力有著密切的關係。最大爆熱則可以作為該炸藥爆炸變化所放出能量的最大範圍，即可用於估汁某種炸藥放出能量的極限數值。當然，由於實際情況的限制，最大爆熱是不可能達到的。三者的數量關係為：

爆轟熱<爆破熱<最大爆熱

爆轟熱是維持爆轟波穩定傳播的重要因素，但試驗測定十分困難，目前尚無可靠的測定方法。最大爆熱具有理論上的意義，而爆破熱不但可以用試驗測定，而且可通過試驗研究影響它的外部因素，從而在爆破實踐中逐步改善和提高炸藥爆炸能量的利用率。

分類

在規定條件下，單位質量炸藥爆炸時放出的熱量。爆熱分為定容爆熱和定壓爆熱。用爆熱彈測出的爆熱可認為是近似的定容爆熱，根據熱化學數據表的數據算出的爆熱是定壓爆熱。定容爆熱和定壓爆熱之間可以進行換算。因為炸藥爆炸變化極為迅速，可看作是在定容下進行，因此定容爆熱是衡量炸藥能量的一個重要特性，它與炸藥的爆速，爆溫和做功能力都有密切的關係。爆熱是炸藥產生巨大破壞、拋擲和粉碎功的能量。負氧平衡炸藥的爆熱隨著密度的增加而升高，零氧及正氧平衡炸藥的爆熱受裝藥密度的影響較小。此外，附加物對爆熱的影響主要取決於附加物的性質，在炸藥中加入金屬粉末如鋁粉、鎂扮可使爆熱顯著增加，這是提高炸藥爆熱的重要途徑：在炸藥中加入惰性附加物，在一定範圍內，爆熱降低與惰性附力口物加入量成正比。炸藥爆熱一般為2～6MJ/kg。

爆熱的計算

爆熱的理論計算

計算爆熱的理論依據是蓋斯定律。該定律指出：反應的熱效應與反應的路徑無關，而只取決於反應的初態和終態。這個定律可以從熱力學第一定律導出。在運用蓋斯定律時，反應過程的條件是不變的，即整個過程或者都是等壓過程，或者都是等容過程。

下面簡要說明利用蓋斯定律來計算炸藥爆熱的方法。

如圖所示，狀態1為組成炸藥元素的穩定單質狀態，即初態；狀態2為炸藥，即中間態；狀態3為爆炸產物，即終態。

計算炸藥爆熱的蓋斯定律表示圖

從狀態1到狀態3有兩條途徑：一是由元素的穩定單質直接生成爆炸產物，同時放出熱量Q_1,3（即爆炸產物的生成熱之和）；二是從元素的穩定單質先生成炸藥，同時放出或吸收熱量Q_1,2（炸藥的生成熱），然後再由炸藥發生爆炸反應，放出熱量Q_2,3（爆熱），生成爆炸產物。

根據蓋斯定律，系統沿第一條途徑轉變時，反應熱的代數和應該等於它沿第二條途徑轉變時的反應熱的代數和，即

Q_1,3 =Q_1,2 +Q_2,3
則炸藥的爆熱Q_2,3為

Q_2,3 =Q_1,3 - Q_1,2
即炸藥的爆熱等於其爆炸產物的生成熱之和Q_1,3減去炸藥的生成熱Q_1,2。

爆熱的經驗計算法——阿瓦克揚法

用蓋斯定律計算爆熱時，需要知道炸藥接近於真實情況下的爆炸反應方程式和有關的生成熱數據。這不僅麻煩，有時甚至很困難。1964年，阿瓦克揚提出了一種計算爆熱的經驗方法，只要知道炸藥的分子式和生成熱數據就可算出其爆熱。當氧係數A =12%～115%時，其爆熱的計算誤差不超過0.5%～3.5%。

此法將炸藥爆炸產物總定容生成熱Q_1,3視為該炸藥氧係數A的單值函式，並且，對任一確定的A值，Q_1,3總有一個確定的最大值Q_1,3max與之相對應。如果A在12%～115%範圍內，Q_1,3與Q_1,3max的關係為

Q_1,3 =KQ_1,3max
式中，K為炸藥爆炸產物的真實性係數。

K =0.32（100A）^0.24

Q_1,3max按最大放熱原則確定。即：炸藥爆炸變化時，平衡反應2CO←→CO₂ +C和CO +H₂←→H₂O +C向右移動，此時的熱效應就是最大爆熱。換言之，Q_1,3max是將炸藥分子中氫全部氧化為H₂O，並用剩餘的氧使碳氧化為CO₂這一過程產生的熱效應。

於是，只要知道炸藥的分子式，就能算出其氧係數A及產生的最大定容生成熱Q_1,3max，由上兩式可得到爆炸產物的定容生成熱Q_1,3；如果再知道炸藥的定容生成熱Q_1,2，就可求出炸藥的爆熱Q_V。

對於C_aH_bO_cN_d類炸藥，其爆熱計算式為：

當A≥100%時，有Q_V =0.32（100A）^0.24（393.5a+120.3b）-Q_Vfe

當A<100%時，有Q_V =0.32（100A）^0.24（196.6c+22.0b）-Q_Vfe

式中，Q_Vfe為炸藥的定容生成熱，單位為kJ/mol。