Page 32 - 《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

4 000 10
Thermodynamic model UFC 3-340-02 [14]
Simplified method Thermodynamic model
3 000 Simplified method

T ad /K 2 000 Δp/MPa 1

1 000
0.1
0 0.05
0.01 0.1 1 10 0.01 0.1 1 10
(m·V )/(kg·m ) (m·V )/(kg·m )
−3
−1
−3
−1
图 9 热力学模型及简化计算方法的准静态温度对比 图 10 热力学模型及简化计算方法的准静态压力对比
Fig. 9 Comparison of the adiabatic combustion temperature from Fig. 10 Comparison of the quasi-static pressure from
thermodynamic models and the simplified method thermodynamic models and the simplified method
4 结 论

本研究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准静态压力
热力学模型，然后基于统一的模型求解框架探讨了化学反应平衡对热力学模型计算结果的影响，并进一
步提出了考虑反应平衡的 TNT 准静态阶段物质组分、温度和压力的简化计算方法，得出以下主要结论。
(1) 通过在不考虑反应平衡的热力学模型中引入等容过程的能量守恒方程和固体碳析出现象，有效
3
3
提高了 m/V≥0.371 kg/m 时模型的压力结果与 UFC 规范曲线的一致性，m/V=0.371 kg/m 时模型与规范
达到最大相对误差 16.5%。
(2) 在 0.01 kg/m ≤m/V≤10 kg/m 范围内，反应平衡的引入对准静态压力结果造成的最大相对差异
3
3
3
小于 20%。当 m/V＜0.1 kg/m 时，考虑及不考虑反应平衡的热力学模型得出的 n N 2 、 n O 2 、 n CO 2 、 n H 2 O 相对
3
偏差小于 2%，准静态温度偏差小于 0.5%。然而，当 m/V＞0.1 kg/m 时，CO 和 2 H O 的离解反应随着 m/V
2
的增大趋向于正向进行，使得反应平衡的引入增大了 CO 及 H 的摩尔数、降低了 CO 及 2 H O 2 的摩尔数，
2
并使固体碳的生成点由 0.371 kg/m 转变为 3.850 kg/m ，准静态温度峰值由 3 578 K 降低为 3 060 K。因
3
3
此，在计算 m/V＞0.1 kg/m 的 3 TNT 约束爆炸工况中与生成物组分和温度直接相关的物理量时，应采用考
虑反应平衡的热力学模型。
(3) 基于热力学模型结果并结合符号回归算法所提出的物质组分、温度和压力简化计算方法与热力
学模型结果相比，各物质组分的摩尔数在大于 0.7 mol 时的相对误差小于 15%，温度和压力的相对误差分
别小于 3% 和 4%，与 UFC 规范相比压力的相对误差小于 8%。
值得注意的是，尽管现有研究对 TNT 约束爆炸的准静态压力开展大量试验测量，基于试验方法直
接测量不同 m/V 及气体环境中发生 TNT 约束爆炸的物质组分、温度和单位质量炸药释能研究依然相对
较少。因此，今后的研究应进一步开展不同 m/V 和气体环境中的约束爆炸试验，以验证基于充分完全反
应假设的热力学模型在计算组分、温度等各物理量上的有效性和适用范围。

参考文献：
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[2] KONG X S, ZHOU H, ZHENG C, et al. An experimental study on the mitigation effects of fine water mist on confined-blast
loading and dynamic response of steel plates [J]. International Journal of Impact Engineering, 2019, 134: 103370. DOI:
10.1016/j.ijimpeng.2019.103370.
[3] 李营, 杜志鹏, 陈赶超, 等. 舰艇爆炸毁伤与防护若干关键问题研究进展 [J]. 中国舰船研究, 2024, 19(3): 3–60. DOI:

022101-13