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氧平衡
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氧平衡(英語:Oxygen Balance;縮寫:OB[1],Ob[2])是指含能材料中所含氧的量與所含可燃元素完全氧化所需氧的量的差值,計算時通常以百分數形式表示[2]。氧平衡與含能材料的燃燒、爆炸性能及做功能力間通常存在密切關聯,是含能材料的一個重要參數[1]。
計算方法
對於分子式為,相對分子質量為的常規單質炸藥,其氧平衡計算公式如下:[1][3]
對於含有其他元素的單質含能材料,可以將各元素劃分為被氧化與被還原兩個部分,其中被氧化的原子數與其化合價之積表示為,被還原的原子數與其化合價之積表示為,隨後即可根據下式進行氧平衡的近似計算:[3]
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對於含有多種組成成分的混合含能材料,可採用2種方法進行計算,二者計算原理一致,僅中間步驟次序存在區別[2][3]。
第一種方法先計算含能材料的假定化學式,再將假定化學式直接代入上述公式計算。含能材料的假定化學式意為1kg含能材料中所含各元素原子量的整合表達式,通式為,其中等代表各元素原子的量,單位為mol/kg。對於常規化學式為,相對分子質量為的含能材料,可通過下列算式計算出其假定化學式的各數值:[4]
設各組成成分質量分數為,則混合含能材料的假定化學式各元素原子量可由下式計算得到:[5]
將得到的假定化學式直接代入上述單質含能材料氧平衡計算公式即可得到該混合含能材料的氧平衡數值[3]。
第二種方法先通過單質含能材料氧平衡計算式算出每種組成成分的氧平衡數值,代入各組成成分的質量分數,即可通過下式計算得到混合含能材料的氧平衡:[2]
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分類與意義
依據氧平衡數值與0的關係,可將物質分為正氧平衡、零氧平衡及負氧平衡三類[6]。
為正氧平衡,此時含能材料中的氧剩餘,會與氮發生吸熱的化合反應,爆熱降低並放出有毒的氮氧化物[6]。
為負氧平衡,此時還原性物質剩餘,爆熱低於燃燒熱。產物中可能出現固體碳、一氧化碳及氫氣[6]。
為零氧平衡,此時還原性元素和氧化性元素正好完全反應,當不含氧之外的其他氧化性元素時,含能材料的爆熱理論上等於其燃燒熱。零氧平衡含能材料爆炸不會產生有害氣體且能充分利用自身能量,是炸藥配方設計時的重要目標。將一定比例的正氧平衡炸藥與負氧平衡炸藥混合,可使其性質貼近零氧平衡炸藥[6]。
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部分含能材料氧平衡數據
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參考文獻
參考書籍
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