Page 167 - 《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

蔓延到最大火焰长度，如图 8(a) 所示。但随着 p 的升高，外部火焰结构发生显著变化。以 p =71 kPa 为
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例，外部爆炸发生时，火焰在泄爆口附近形成一个明亮的蘑菇状火球。随后，外部火焰迅速发展，达到最
大长度，如图 8(b) 所示。这种外部火焰不同的传播行为可以归因于外部可燃云结构。在低 p 时，铝膜过
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早破裂，泄爆口开启时间较早，管道内的未燃气云会更早地泄放至管道外并向外喷射到离泄爆口较远的
范围，在管道外部形成一个细长的可燃气体区 [34] ，而不是近乎球形的可燃云。此外，通过对比图 8 可知，
尽管二者外部火焰传播行为存在差异，但管道外部最大火焰长度几乎相同，p 对管道外部最大火焰长度
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无明显影响。

38.0 ms 38.8 ms 41.6 ms 42.4 ms

(a) p v =14 kPa

36.8 ms 37.2 ms 37.6 ms 40.4 ms

(b) p v =71 kPa

图 8 破膜压力为 14 和 71 kPa 时管道外部的火焰传播图像
Fig. 8 Flame propagation images outside the duct at the vent burst pressures of 14 and 71 kPa

图 9 为 p =14 kPa 和 p =71 kPa 时由压力传感器 PT4 和 PT5 监测到的外部超压-时间曲线。当
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p =71 kPa 时，在泄爆口打开后约 3.5 ms，PT4 处可以观察到一个微弱的压力峰值 p ，它是由铝膜破裂后
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产生的弱冲击波所致 [35] ，与 p 的大小有关；当 p =14 kPa 时，由于 p 太小而无法监测到该压力峰值。通
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过计算该破膜激波从泄爆口以超声速方式传播到 PT4，平均速度约为 357 m/s。随后在 PT4 处可以观察
到压力开始由环境压力下降至负压，这是由未燃气体的膨胀引起的 [36] 。泄爆口打开后，由于管道内外存
在压差，未燃气体经泄爆口排出后继续向外膨胀，并在管道外部产生膨胀波，气体经过膨胀波后，其压力
下降并产生负压。由于外部爆炸的发生，在 PT4 的负压基础上叠加一个较强的压力脉冲，并产生第 2 个
压力峰值 p ，p 在外部压力-时间曲线中为最高压力。值得注意的是，在泄爆口较远的 PT5 处并没有记录
2
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到压力下降至负压的现象，虽然由破膜激波产生的 p 以及外部爆炸产生的 p 在 2 PT5 中同样被记录到，
1
但在 PT4 记录到的 p 低于 PT5。分析认为，这并不是因为外部爆炸发生在距 PT5 较近的地方，而是由于
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之前产生的负压降低了其压力峰值。

60
60 PT4 p 2 PT4 p 2
PT5 40 PT5
p 2
Overpressure/kPa 20 Overpressure/kPa 0 p 1 p 1
p 2
40
20

−20 0 −20 t open
−40
20 25 30 35 40 45 50 55 60 20 25 30 35 40 45 50
Time after ignition/ms Time after ignition/ms
(a) p v = 14 kPa (b) p v = 71 kPa

图 9 破膜压力为 14 和 71 kPa 时外部压力-时间曲线
Fig. 9 External pressure-time histories at the vent burst pressures of 14 and 71 kPa

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