Page 28 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 黄 阳，等： 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 第 2 期

学反应平衡考虑了气态分子的离解，而 m/V＞0.1 kg/m 时 3 CO 和 2 H O 2 的离解反应对生成物组分有显著
影响。分析式 (28) 可知，CO 的正向离解使得碳元素在生成气体时倾向以 CO 而非 CO 的形式存在，降
2
2
低了碳元素生成气体时对氧的需求。此外，由式 (25) 可知，H O 的离解反应有助于氧气的生成，进而减
2
缓了氧气摩尔数随 m/V 增大时的下降趋势。因此，CO 和 2 H O 的离解最终使得固体碳的生成点延迟，固
2
体碳的摩尔数下降。随着 m/V 的增大，准静态温度 T 整体呈上升趋势，CO 和 2 H O 的离解反应趋向于
d
a 2
正向进行，使得 CO 生成时对应的 m/V 相较不考虑反应平衡的模型提前，O 耗尽时对应的 m/V 推迟。此
2
外，CO 和 2 H O 2 的离解还促使了 CO、H 等非充分燃烧产物的比例增大。关于准静态温度 T 将做进一
2
d
a
步介绍和讨论。

10 3 10 3
m/V= m/V= Without reaction N 2 With reaction N 2
0.371 kg/m 3 3.850 kg/m 3 equilibrium: O 2 equilibrium: O 2
10 2 2 H 2 O H 2 O
CO
CO
CO 2
Number of moles 10 1 0 Without reaction equilibrium: Number of moles 10 1 H 2
CO 2
C
Gas molecules
10
Solid carbon
10
With reaction equilibrium:
Solid carbon
10 −1 Gas molecules 10 0
Free radical
10 −1
10 −2 10 −1 10 0 10 1 10 −2 10 −1 10 0 10 1
(m·V )/(kg·m ) (m·V )/(kg·m )
−1
−3
−3
−1
(a) The total number of moles of gas molecules, (b) Moles of each kind of gas molecule
free radicals and solid carbon
10 1
m/V= m/V=
0.371 kg/m 3 3.850 kg/m 3
10 0 OH
H
O
Number of moles 10 −2
10
−1
N
10
−3
10 −4
10 −5
10 −2 10 −1 10 0 10 1
(m·V )/(kg·m )
−1
−3
(c) Moles of each kind of free radical
图 5 生成物摩尔数随当量体积比的变化
Fig. 5 Variation of product moles versus the mass-to-volume ratio
2.3.2 温度
图 6 显示了 2 种模型得出的准静态温度 T 随 d m/V 的变化，并与已有试验中测得的准静态阶段温度
a
进行了对比。当 m/V＜0.1 kg/m 时，2 种模型的 T 相对偏差小于 0.5%；当 m/V＞0.1 kg/m 时，模型结果
3
3
d
a
的差别较为明显。对于不考虑反应平衡的模型， T 在 d m/V=0.371 kg/m 时达到峰值 3 578 K，之后逐渐下
3
a
3
降。产生这种现象的原因是，当 m/V＜0.371 kg/m 时，式 (5) 中的单位质量炸药释能为定值；而随着
3
m/V 的增大，空间中气态生成物总摩尔数 n pro d 下降，因此，T 逐渐升高。而当 m/V＞0.371 kg/m 时，部分
d
a
TNT 参与到非完全燃烧的式 (6) 中，因此，单位质量炸药释能随 m/V 的增大而减小，进而引起燃烧温度的
降低。对于考虑反应平衡的模型，当 m/V＜0.1 kg/m 时，其生成物组分与不考虑反应平衡的模型基本一
3
3
致，因此 2 种模型得出的准静态温度基本吻合；当 0.1 kg/m ＜m/V＜3.850 kg/m 时，由图 5(b) 知，受反应
3
022101-9