Page 162 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 杜赛枫，等： 破膜压力对氢-空气预混气体燃爆特性的影响 第 2 期

1 实 验

氢气-空气预混气体燃爆实验在长 5.00 m、横截面尺寸为 0.30 m × 0.30 m 的矩形管道中进行，管道装
置如图 1 所示。管道由 5 个长 1.00 m 的短管拼接而成，为了观察管道中的火焰发展过程，在每个短管道
的中心设置一个尺寸为 0.50 m × 0.15 m 的窗口，并使用高速相机来记录火焰图像，高速相机的拍摄频率
为 2.5 kHz。管道一端采用盲板密封作为封闭端；另一端作为泄爆口，使用铝膜密封并用法兰螺栓固定。
3 个压电压力传感器 PT1～PT3 分别安装在泄爆口上游 4.25、2.25 和 0.25 m 处，以测量管道内的压力，另
外 2 个压电压力传感器 PT4 和 PT5 分别安装在泄爆口下游 1.25 和 2.50 m 处，以测量管道外部压力。压
力 传 感 器 采 用 PCB-102B16 型 压 电 式 压 力 传 感 器 ， 测 试 量 程 为 0～ 689.4 kPa， 响 应 频 率 大 于 等 于
500 kHz。数据采集仪型号为 MR8847A，采样频率为 10 kHz。为避免热效应对压力测量产生影响，每个
压力传感器都涂有一层薄薄的硅脂。通过安装在泄爆口上游 4.75 m 处的点火电极点燃氢气-空气预混
气体，点火能量约为 500 mJ。

0.75 m 2.00 m 2.00 m 0.25 m 1.25 m 1.25 m

0.30 m 0.25 m Spark PT1 Glass window PT2 PT3 Vent PT4 PT5

Hydrogen cylinder H 2

Ignition device Data collector
Signal synchronizer Vacuum pump

Computer
High-speed camera

图 1 实验装置示意图
Fig. 1 Schematic diagram of experimental setup

实验前对不同厚度铝膜的静态破膜压力进行测量。根据 NFPA68 [17] 推荐的方法，具体步骤如下：首
先，将一定厚度的铝膜密封在泄爆口处，使管道内部形成一个密闭空间；随后，将压缩空气缓慢注入管
道，内部压力会逐渐上升，直到靠近泄爆口处的压力传感器 PT3 记录到的压力突然降低，表明铝膜破裂，
PT3 压力传感器所记录到的最大压力即为该厚度下铝膜的静态破膜压力。每次实验重复 2 次，实验重复
性良好。实验结果保留为整数，不同厚度铝膜静态破膜压力汇总如表 1 所示。

表 1 不同厚度铝膜的静态破膜压力
Table 1 Static vent burst pressure for various thicknesses of aluminum film
铝膜厚度/mm 静态破膜压力1/kPa 静态破膜压力2/kPa 平均值/kPa
0.025 13 14 14
0.050 27 27 27
0.075 41 43 42
0.125 68 73 71
0.175 97 102 100
0.225 128 134 131
0.325 182 190 186

025401-3