Page 29 - 《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

平衡影响，随着 m/V 的增大，空间中 CO、H 等非 Without chemical equilibrium Kong, et al [2]
2
With chemical equilibrium Kong, et al [10]
充分燃烧产物的比例逐渐增大，导致 T 的增速 4 000
d
a
逐渐放缓，在 0.680 kg/m 时达到峰值 3 060 K，并
3
3
在之后逐渐减小。当 3.850 kg/m ＜m/V≤10 kg/m 3 3 000
时，反应平衡模型中除 N 和 2 C 外其余非自由基
生成物的摩尔数基本维持定值，因此此时的准静 T ad /K 2 000
态温度变化较小，约为 2 541 K。此外，m/V＞0.1 kg/m 3
1 000
区间对应的准静态温度明显高于 m/V＜0.1 kg/m 3
3
对应的温度，这与图 5(b) 中因离解反应正向进行 0 m/V=0.371 kg/m m/V=3.850 kg/m 3
使 得 热 力 学 模 型 的 物 质 组 分 发 生 明 显 改 变 的 0.01 0.1 1 10
(m·V )/(kg·m )
−3
−1
m/V 区间一致。
图 6 准静态温度的模型结果及与试验结果的对比
通过对比试验测得温度结果和 T 的理论
d
a
Fig. 6 The model results for adiabatic combustion temperature
值，可发现实测结果低于理论值。产生这种现象
and comparison with experimental results
的原因主要有 2 个：首先，热力学模型假设约束
空间中的空气与爆轰产物充分混合并完全燃烧，因此可能高估了单位炸药释放的能量；其次，现有的约
束爆炸试验中采用的热电偶传感器往往具有相对较长的响应时间 [2, 10] ，因此难以避免传感器响应时间内
因壁面散热而造成的温度损失。考虑到现有的实测温度只覆盖了较小的 m/V 范围，TNT 约束爆炸准静
态阶段的实际温度还有待开展更多试验加以验证。
2.3.3 压力
图 7 显示了 2 种模型的超压结果，并与 UFC 10
规范曲线进行了对比。由图可知，考虑化学反应 Without chemical equilibrium
With chemical equilibrium
平衡的模型结果与 UFC 曲线表现出更高的一致 UFC 3-340-02 [14]
性。在 m/V=0.371 kg/m 时，不考虑反应平衡的 1
3
模 型 结 果 （ 1 . 3 9 4 M P a ） 与 反 应 平 衡 模 型 结 果 Δp/MPa
（1.168 MPa）表现出最大相对误差（19.3%），而当
3
m/V 小于 0.1 或大于 1 kg/m 时，2 种模型的压力
0.1
3
结 果 基 本 相 等 。 产 生 这 种 现 象 的 原 因 是 ， 当 m/V=0.371 kg/m m/V=3.850 kg/m 3
0.05
3
m/V=0.371 kg/m 时，2 种模型得出的气态生成物 0.01 0.1 1 10
(m·V )/(kg·m )
−1
−3
总摩尔数 n d 无明显区别，而不考虑反应平衡模
pro
型对应的准静态温度 T 达到峰值，且明显高于 图 7 准静态压力的模型结果及与 UFC 规范曲线的对比
d
a
反应平衡模型结果，因此前者得出的超压高于后 Fig. 7 The model results for quasi-static pressure and
comparison with the UFC curve
者。当 m/V＜0.1 kg/m 时，由图 5(a) 和图 6 分别
3
可知 2 种模型的 n pro d 和 T 基本相等，因此超压也相近。当 m/V＞1 kg/m 时，尽管不考虑反应平衡模型
3
d
a
的 T 高于反应平衡模型，然而其 n pro d 较反应平衡模型更低。由式 (13) 可知，准静态超压与 n pro d 和 T 均
d
d
a
a
成正比。虽然 2 种模型因考虑和不考虑反应平衡得出的 n pro d 和 T 不同，但是两者的 n pro d 与 T 乘积基
d
d
a
a
本一致，因此 2 种模型的超压结果基本相等。
基于上述物质组分、温度及压力结果的对比可知：考虑与不考虑反应平衡的热力学模型的压力结果
3
3
在 m/V＜0.1 kg/m 和 3 m/V＞1 kg/m 时基本相等，在 m/V=0.371 kg/m 达到最大相对偏差 20%。当 m/V＜0.1 kg/m 3
时 ， 2 种 模 型 得 出 的 n N 2 、 n O 2 、 n CO 2 、 n H 2 O 相 对 偏 差 小 于 2%， 准 静 态 温 度 的 偏 差 小 于 0.5%。 当 m/V＞

3
0.1 kg/m 时，2 种模型的物质组分和温度结果的偏差随 m/V 的增大逐渐显著。反应平衡的引入降低了热
力学模型结果中 CO 及 2 H O 2 的摩尔数，增大了 CO、O 及 2 H 的摩尔数，使碳的生成点由 0.371 kg/m 提高
3
2
3
为 3.850 kg/m 、使准静态温度峰值由 3 578 K 降低为 3 060 K，并使温度达到峰值时对应的 m/V 由
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