Page 20 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 第 2 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 2
2026 年 2 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Feb., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0027

反应平衡对 TNT 约束爆炸准静态压力热力学模型

计算结果的影响 *

1,2
1
黄 阳 ，陈素文 ，周 健 3
（1. 同济大学土木工程学院，上海 200092；
2. 同济大学土木工程学院防灾减灾全国重点实验室，上海 200092；
3. 华东建筑设计研究院有限公司，上海 200002）

摘要： 约束爆炸准静态压力热力学模型可有效描述压力随当量体积比 m/V 的变化，并可基于物质组分和温度结
果进一步导出气体绝热系数等物理量。然而，基于炸药爆轰和燃烧方程建立的不考虑化学反应平衡的热力学模型，其
结 果 在 反 应 产 物 中 有 碳 单 质 析 出 后 与 美 国 UFC 3-340-02 结 构 抗 爆 规 范 中 的 准 静 态 压 力 曲 线 相 比 出 现 偏 差 ， 且 对
TNT 约束爆炸准静态压力热力学模型中各物理量考虑反应平衡的必要性研究还未见报道。为探究反应平衡对热力学
模型计算结果的影响，首先，基于等容过程的能量守恒方程和固体碳析出现象，修正了不考虑反应平衡的热力学模型，
提高了模型结果在 m/V≥0.371 kg/m 时与 UFC 曲线的一致性。然后，基于统一的模型求解框架，对比了考虑与不考虑
3
反应平衡的热力学模型结果。研究表明：由于引入化学反应平衡造成的准静态压力最大相对差异小于 20%，而固体碳
生成时对应的 m/V 由 0.371 kg/m 转变为 3.850 kg/m ，温度达到峰值时，对应的 m/V 由 0.371 kg/m 转变为 0.680 kg/m ，且
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物质组分和温度结果的差异在 m/V＞0.1 kg/m 后随 m/V 的增大逐渐显著。因此，在计算 m/V＞0.1 kg/m 的 3 TNT 约束爆
炸工况中与物质组分和温度直接相关的物理量时，有必要采用考虑反应平衡的模型。最后，基于符号回归算法，提出
了考虑反应平衡的 TNT 约束爆炸准静态阶段物质组分、温度和压力的简化计算方法。
关键词： 化学反应平衡；约束爆炸；准静态压力；热力学模型
中图分类号： O381 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Influence of reaction equilibrium on thermodynamic model calculations
of quasi-static pressure for confined TNT explosions

1
1,2
HUANG Yang , CHEN Suwen , ZHOU Jian 3
（1. College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;
2. State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;
3. East China Architecture Design & Research Institute Co., Ltd., Shanghai 200002, China）

Abstract: The quasi-static pressure thermodynamic model for confined explosions provides an effective characterization of
pressure evolution with mass-to-volume ratio m/V, and derivation of physical quantities such as gas adiabatic index from
products and temperature. However, the thermodynamic model based on detonation and combustion equations that neglects
reaction equilibrium demonstrates growing deviations from the quasi-static pressure curve in UFC 3-340-02 blast-resistant
design standard after carbon precipitates in detonation products, and existing research inadequately addresses the necessity of
incorporating reaction equilibrium for various physical quantities in TNT confined explosion thermodynamic models. In order

* 收稿日期： 2025-01-24；修回日期： 2025-04-11
基金项目： 国家自然科学基金（51678448）；上海市科委“科技创新行动计划”（22dz1202900）；同济大学学科交叉联合攻
关重点项目（2023-2-ZD-05）
第一作者： 黄 阳（1999－ ），男，博士研究生，2210010@tongji.edu.cn
通信作者： 陈素文（1974－ ），女，博士，教授，博士生导师，swchen@tongji.edu.cn

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