ch1緒論(20xx級碩士生用)(已修改)
2025-08-16 09:47 本頁面
【正文】 《熱爆炸理論》（2007級研究生用）（講稿 總學時36，課堂學時26）學時安排：36學時（課堂教學26學時，自學6學時,專題討論及答疑2學時，考試2學時（開卷）） 任務：（1） 了解熱爆炸理論的研究內(nèi)容，理解熱爆炸定義、熱圖、臨界性和臨界參數(shù)等基本概念，了解熱爆炸機理和發(fā)生的內(nèi)在原因。（2） 掌握三種經(jīng)典熱爆炸理論的假設、特點、邊界條件和相應爆炸判據(jù)的求解方法；（3） 了解和掌握擴展的熱爆炸理論研究內(nèi)容和典型爆炸判據(jù)的求解；基本掌握典型系統(tǒng)熱爆炸延遲期的求解方法。（4） 掌握典型熱爆炸實驗方法，了解和熟悉熱爆炸（熱點火）理論在實際中的應用。本課程參考教材：馮長根. 熱爆炸理論. 北京:科學出版社, 1988本課程參考書目: [1] 王麗瓊,馮長根, 杜志明. 有限空間內(nèi)爆炸與點火的理論與實踐. 北京: 北京理工大學出版社, 2005[2] 馮長根. 爆炸與點火的熱理論（Thermal Theory of Explosion and Ignition）. 北京: 新時代出版社, 1999[3] 馮長根. 熱點火理論. 長春: 吉林科學技術出版社, 1991[4] 楚士晉. 炸藥熱分析. 北京: 科學出版社, 19941 緒論 （）化學反應過程涉及能量的變化。從化學反應動力學角度，對于大多數(shù)放熱化學反應，熱爆炸起因于非線性化學動力學。對于大多數(shù)放熱反應，熱產(chǎn)生速率與溫度的關系是強非線性的（例如Arrhenius定律），而熱損失速率通常是線性或接近線性的（例如Newton冷卻定律），也就是說, 即使是在常溫下產(chǎn)生放熱化學反應的系統(tǒng), 在一定的條件下一旦系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量不能全部從系統(tǒng)散失于環(huán)境中或損失掉，系統(tǒng)就會出現(xiàn)熱量積累，使系統(tǒng)溫度升高，而溫度升高又會進一步加劇放熱反應的進行，使系統(tǒng)溫度變得更高，這就是非線性化學動力學中所稱的“熱反饋”。這種“連續(xù)”的熱反饋會使系統(tǒng)出現(xiàn)失控，導致自動點火或發(fā)生化學爆炸。由于系統(tǒng)能量的突然釋放起因于“熱”，因此稱這類現(xiàn)象稱為熱爆炸。文獻中一般認為，對熱爆炸現(xiàn)象的早期的定性認識可追溯到1884年，當時Van’t Hoff [1]指出了點火與系統(tǒng)的熱失衡有關。熱爆炸近代理論的初始形態(tài)見于法國，Taffanel 和Le Floch [2]在1913年就給出了清晰的、現(xiàn)在被稱為熱圖的曲線。這些早期結(jié)果被原蘇聯(lián)著名科學家Semenov[3]在1928年重新獨立地發(fā)現(xiàn)了。Semenov的重大貢獻在于他把數(shù)學引入了研究之中。盡管從今天的水平看，他應用的數(shù)學并非復雜，但他第一次建立了熱爆炸的臨界條件，在數(shù)學上給出了定量關系式。他被普遍確認為熱爆炸近代理論之父。由于Semenov的貢獻，也由于化學動力學的迅速發(fā)展，在本世紀30年代，熱爆炸現(xiàn)象引起了研究者的極大興趣，這方面的工作進展很快。最著名的有Todes、Rice和FrankKamenetskii等人的工作。其中，前蘇聯(lián)FrankKamenetskii[4]（1939）建立的溫度具有空間分布的熱爆炸理論產(chǎn)生了深遠的影響，直到今天仍為各國科學家所重視。后來，英國Thomas[5]（1958）提出了新的邊界條件，建立了包含Semenov和FrankKamenetakii理論在內(nèi)的更為普遍的理論。熱爆炸理論的貢獻和應用越來越廣泛，開始進入綜述的年代。60~70年代，相繼出現(xiàn)了關于熱爆炸研究的高質(zhì)量綜述文章，較著名的有英國科學家Gray和Lee[6] (1967) 綜述和原蘇聯(lián)科學家Dubovitskii和 Merzhanov[7] (1966)的文章。1977年, Gray P (E), Sherrington M E (E) 發(fā)表綜性文章。 1981年, Merzhanov A G, Abramov V G (R) 綜述。與此同時，針對含能材料和其它熱不穩(wěn)定性的化學系統(tǒng)也開展了大量的實驗研究工作。u Rogers[810]對炸藥的熱分解以及熱爆炸進行了非常有成效的研究, 測得了常用炸藥的部分熱物理、熱化學和化學動力學參數(shù)。u 在對自熱過程、化學系統(tǒng)的不穩(wěn)定性以及災害性控制等方面的實驗研究中，Thomas和Bowes[1112]、 Gray P和Harper[13] (1959)、Merzhanov[14] (1967)等都作了很重要的工作，這些工作驗證和推動了熱爆炸理論的研究和發(fā)展，也為理論與實踐相結(jié)合開辟了道路。熱爆炸理論誕生以來，也出版了一些與熱爆炸研究有關的重要書籍[1516]。熱爆炸理論研究的內(nèi)容得到不斷地充實和完善，成為一門獨立的、系統(tǒng)的學科[1718]。Semenov的“論化學動力學和反應能力的幾個問題”由黃繼稚譯，科學出版社出版；愛瑪努愛利的“化學動力學”；鮑姆的“爆炸物理學；FrankKamenetskii 1969年出版了“化學動力學中的擴散與熱傳遞”；Kordylewski出版了“熱爆炸理論與應用”一書；60年代, 在中國也出版過一些反映熱爆炸最經(jīng)典結(jié)果的化學動力學著作[1922]。當時，在浙江大學也開展了熱爆炸研究，并有綜述性文章發(fā)表[23]。這以后，國內(nèi)有許多單位開展了熱爆炸的實驗和理論研究并出版了研究專著。如中國工程物理研究院的章冠人、陳大年總結(jié)了對熱點起爆機理的研究——凝聚炸藥起爆動力學[2425]；楚士晉[26] （1994）針對含能材料的熱分解和熱爆炸進行了長期的實驗研究并出版了“炸藥熱分析：一書；北京理工大學馮長根教授[34] (1983)在英國利茲大學物理化學系研究了擴展的熱爆炸理論，并于1988年,出版了他的專著《熱爆炸理論》[17]。該書系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外熱爆炸研究成果。1991年他出版了“熱點火理論”；2000年出版了“Thermal Theory and Explosion and Ignition”。l Frank Kamenetskii D A. Diffusion and Heat Transfer in Chemical Kinetics.
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