燃烧与爆炸

本书介绍化学反应动力学基础、热力学基本定律、燃烧物理学基本方程、层流燃烧、湍流燃烧、气体爆炸、粉尘爆炸等内容。本书以介绍基础知识为重点，同时适当注意学科的发展前沿及作者从事相关科研、教学的工作积累，特别是气体和粉尘爆炸的实验和数值计算近年来的发展，力图能对读者有所启迪。
本书可作为安全工程专业、武器系统与运用工程专业、火炮与自动武器专业、工程力学等专业的教材或参考书，也可供相关专业的科研、技术人员参考。

张奇，北京理工大学机电学院，教授，博士生导师。国务院安委会专家咨询委员会专家，全国危险化学品安全标准化委员会委员，工业和信息化部安全生产专家组成员，北京市安全生产领域学科带头人。
获*科技进步一等奖两次，获国防科技进步二等奖和国防科技进步三等奖各一次。以或责任作者发表ESI高被引论文1篇，在国际刊物发表论文24篇，专业主流刊物发表的SCI论文70余篇。

章  化学热力学基础 001
　节　化合物的生成焓 001
　　一、化合物的生成焓 001
　　二、反应焓 001
　　三、燃烧热（燃烧焓） 002
　第二节　热化学定律 002
　　一、热力学平衡 003
　　二、热力学定律 003
　　三、状态方程 004
　　四、反应物分数的表示方法 006
　　五、平衡常数 007
　　六、平衡常数和自由能的关系 008
　第三节　绝热火燃温度计算 014
　参考文献 017
　思考题 017
第二章  化学动力学基础 018
　节　化学反应速率 018
　第二节　活化能 019
　第三节　阿累尼乌斯（Arrhenius）方程 021
　第四节　各种级的单步化学反应 022
　　一、一级化学反应 022
　　二、二级反应 023
　　三、三级反应 025
　第五节　连续反应 025
　第六节　并列反应 027
　第七节　可逆反应 027
　　一、逆反应为一级的一级反应 028
　　二、逆反应为二级的一级反应 029
　　三、逆反应为二级的二级反应 029
　第八节　链式反应 030
　　一、自由基 030
　　二、一级反应的林德曼（Lindemann）理论 031
　　三、H2 ? Br2反应 032
　第九节　链分支爆炸 035
　第十节　爆炸极限 036
　　一、H2 ? O2混合物 036
　　二、CO ? O2混合物 037
　参考文献 040
　思考题 040
第三章  燃烧物理学基本方程 041
　节　多组分气体基本参量 041
　第二节　费克（Fick）扩散定律 043
　第三节　牛顿（Newton）黏性定律 044
　第四节　傅里叶（Fourier）导热定律 044
　第五节　连续方程 045
　第六节　动量守恒 047
　　一、动量守恒方程 047
　　二、应力应变关系 049
　参考文献 055
　思考题 055
第四章  气体爆轰 056
　节　爆轰波和缓燃波的区别 056
　第二节　雨果尼奥曲线 057
　第三节　雨果尼奥曲线的性质 060
　　一、雨果尼奥曲线上熵的分布 062
　　二、爆轰波后已燃气的速度与当地声速的比较 063
　第四节　查普曼?焦格特爆轰波速度的确定 067
　　一、试凑法 068
　　二、牛顿?雷夫森迭代法 070
　　三、爆轰波速度的计算值与实验数据的比较 072
　第五节　爆轰波的结构 074
　第六节　可燃气中缓燃波转变为爆轰波的机理 074
　参考文献 075
　思考题 075
第五章  层流预混火焰 076
　节　层流火焰速度的简化分析 077
　第二节　火焰速度综合分析 078
　第三节　火焰速度的扩散理论 083
　参考文献 085
　思考题 085
第六章  气体一维C ? J爆轰参数计算 086
　节　C ? J爆轰参数计算原理 086
　　一、计算模型 086
　　二、计算方法 088
　第二节　产物组分计算——小自由能法 090
　第三节　软件及其使用 091
　　一、软件简介 091
　　二、使用说明 093
　　三、计算结果比较 097
　参考文献 099
　思考题 099
第七章  罐体内气体爆炸实验 100
　节　点火能量测试 100
　第二节　爆炸压力测试 104
　参考文献 131
　思考题 132
第八章  管道内气体爆炸实验 133
　节　实验系统 133
　第二节　一端开口管道实验 136
　　一、直管道实验 136
　　二、弯管道实验 139
　第三节　局域预混氢气在密闭管道内爆炸 142
　参考文献 147
　思考题 147
第九章  粉尘爆炸 148
　节　可燃粉尘 148
　第二节　粉尘爆炸危险参数 151
　　一、爆炸下限 151
　　二、粉尘着火温度 151
　　三、粉尘云小点燃能量 151
　　四、爆炸压力及爆炸指数 152
　　五、极限氧浓度 152
　第三节　可燃粉尘危险场所区域划分 152
　第四节　粉尘云爆炸压力和压力上升速率测定方法 152
　第五节　粉尘云小点火能测试方法 154
　第六节　粉尘云爆炸下限浓度测定方法 156
　第七节　逻辑回归的粉尘云爆炸极限 156
　参考文献 169
　思考题 170
第十章  多相爆炸实验 171
　节　水平管道爆炸实验 171
　　一、硝基甲烷 ? 铝粉 ? 空气 172
　　二、硝酸异丙酯 ? 铝粉 ? 空气 174
　　三、乙醚 ? 铝粉 ? 空气 174
　　四、三种云雾爆炸参数比较 176
　第二节　罐体内多相爆炸实验 177
　参考文献 180
　思考题 180

      燃烧与爆炸理论是安全科学与技术、兵器科学与技术等学科的重要基础，是化学、力学、工程科学、材料科学等领域的交叉学科。其具有深刻、系统的科学体系和内涵，与安全工程、武器系统与运用工程、火炮自动武器与弹药工程、兵器发射理论与技术、军事应用化学与烟火技术等专业密切相关。燃烧与爆炸既有区别，又有内在联系。目前我国燃烧方面的参考书很多，爆炸学方面的参考书也不少。燃烧与爆炸无论是基础理论还是工程实际，都有着极其密切的相关性。而上述所提到这些专业的读者，需要了解燃烧理论，同时也需要掌握爆炸的基本规律，而这样的教科书、参考书非常罕见。作者近年来从事燃烧与爆炸学的教学工作，难以找到合适的教材，有些专著介绍研究成果，没有适当的推导过程和解释，不适合作为教材，有个别国外教材内容系统详尽，但过于庞大，30～50学时只能讲授其中的一小部分，这样就必须从中进行挑选，有所取舍，因此造成连贯性、系统性较差。作者认为，编写一本合适的教学用书，将大大提高燃烧与爆炸学的教学效果。满足教学需要，并为相关专业的科研、技术人员提供参考，是作者编著本书的初衷。
　　本书介绍化学反应动力学基础、热力学基本定律、燃烧物理学基本方程、层流燃烧、气体爆炸理论、粉尘爆炸等内容。以介绍基础知识为重点，同时适当注意学科的发展前沿，特别是气体和粉尘爆炸的实验和数值计算近年的发展，力图能对读者有所启迪。
　　燃烧与爆炸学的学习目的是掌握燃烧与爆炸的基本理论、熟悉燃烧与爆炸现象的基本特征、了解用燃烧与爆炸分析方法解决问题的基本思路、了解燃烧与爆炸理论与技术的发展动向和前沿，为燃烧与爆炸理论在各专业技术中的应用奠定基础。
　　燃烧与爆炸学属于技术基础课，对于高年级本科生来说，学习的目的绝不是对基本理论和基本公式的死记硬背。通过本课程学习，应掌握燃烧与爆炸理论的
基本知识、基本思路和解决问题的方法。在学习基本知识的同时，重在理解分析问题的思路，重在掌握发展前沿，对现有理论的缺陷进行评论，思考和探索利用燃烧与爆炸学理论解决有关学科领域学术或技术问题的可能性或发展燃烧与爆炸学新理论的可能性。
　　本书内容一部分来源于相关书刊，一部分来源于作者近年来的科研工作。
　　感谢北京理工大学教务处对本教材的大力支持！
　　由于作者水平有限，书中难免有不妥之处，恳请读者指正。