Page 168 - 《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

不同破膜压力下管道外部最大超压如图 10 80
所示。最大外部超压并不随着 p 的升高而呈现 70
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单调变化规律。最大外部超压最小值在 p =42 kPa
v
时取得，为 41.1 kPa；当 p =131 kPa 时，取得最大 60
v
外部超压最大值 72.2 kPa。Guo 等 [22] 的研究表明， Maximum external overpressure/kPa 50
外部爆炸的强度与可燃云的结构、体积、体积分 40
数、湍流水平以及火焰出口速度等一系列错综 30
复杂的因素有关。一方面，p 的升高会导致外部
v
可燃云体积减小，这会造成外部爆炸强度的削 20 0 40 80 120 160 200
弱；另一方面，p 的升高会提升外部的湍流水平 Vent burst pressure/kPa
v

以及火焰出口速度，进而提高外部爆炸强度。当 图 10 最大外部超压与破膜压力之间的关系
前者占主导地位时，外部爆炸强度被减弱；相反， Fig. 10 Relationship between the maximum external
overpressure and the vent burst pressure
当后者占主导地位时，外部爆炸强度被提高。

3 结 论

利用自主设计的 5.00 m 长管道，研究了破膜压力对管道中氢气体积分数为 30% 的氢气-空气预混气
体火焰行为和压力特性的影响，得出以下主要结论。
(1) 在所有实验中，管道内火焰结构的前 3 个阶段分别为半球形、指形和郁金香形火焰，但郁金香形
火焰结构与其后的发展在不同破膜压力下存在显著差异。郁金香形火焰结构的形成过程伴随着火焰减
速。实验结果可为大长径比管道内预混火焰传播模型的开发和验证提供参考。
(2) 对于靠近泄爆口的压力传感器，在其所记录的压力-时间曲线上可以观察到 3 个压力峰。第 1 个
压力峰值 p 是由覆盖在泄爆口上的铝膜破裂引起的，第 2 个压力峰值 p t 是由火焰到达泄爆口时燃烧混
b
ou
合物的泄放产生的，第 3 个压力峰值 p ex t 是由外部爆炸引起的。在大多数实验中，p 为最大压力峰值。
b
最大内部超压随破膜压力 p 的升高而升高。当 p ≤42 kPa 时，管道内部最大超压在中心处取得；然而，
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v
随着 p 继续升高，在管道开口端测得管道内部最大超压。
v
(3) p 对管道外部火焰传播行为具有显著影响，当 p ＜71 kPa 时，管道外部火焰保持射流状传播；当
v
v
p ≥71 kPa 时，管道外部火焰可以观察到明亮的蘑菇状火球。破膜压力对外部火焰最大长度的影响可以
v
忽略不计。最大外部超压与 p 之间呈现非单调变化规律。
v
参考文献：
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