Page 174 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 张保勇，等： 不同迎爆面结构的泡沫金属对甲烷气体爆炸传播阻隔性能的实验研究 第 2 期

量为 440 J 的电火花发生器，点火电极由末端点火系统负责远距离充能与点火。本实验爆炸腔体的后端
连有扩散管路，管路内径为 118 mm，由 3 段单管长度为 2.2 m 的空心钢管拼接而成，爆炸扩散管路总长
度为 6.6 m。
在实验管道的不同位置上安装火焰传感器（F1～F6）、压力传感器（P1～P6）和温度传感器（T1～
T3），如图 2 所示。实验中压力传感器型号为 CT100T，量程为 0～2 MPa；火焰传感器型号为 CKG100，响
应光谱为 450～980 nm；温度传感器型号为 C2 快响应温度热电偶，量程为 0～2 500 ℃；以上 3 种传感器
的响应时间均小于 100 µs。泡沫金属安装在材料夹持器中，位于火焰传感器 F5～F6 以及压力传感器

P5～P6 之间，到火焰传感器 F5 的距离为 0.15 m。数据采集采用 TST6300 数据采集系统，采集对象为火
焰传播速度、爆炸超压和火焰温度，数据采样频率为 100 kHz，采集方式为内触发，记录时间从触发点火
开始，整个记录过程小于 2 s。

Vacuum valve Pressure sensors P1−P6 and flame sensors Fl−F6
50 cm 175 cm 75 cm 75 cm 75 cm 75 cm 75 cm 85 cm 75 cm
P1 P2 T1 P3 P4 T2 P5 P6 T3
F1 F3 F5 F6
Ignition Admission Thin film F2 F4 Foamed metal
electrode valve gripper gripper
Temperature sensors T1−T3

Vacuum pump Ignition system CH 4 gas Computer Data mining system

图 2 实验设备
Fig. 2 Experimental equipment
1.3 方案

采用图 2 所示的爆炸管网设备，通过气体爆炸的方式来测试不同迎爆面结构材料的阻隔爆性能。
首先，清理爆炸腔体和爆炸管网，将爆炸腔体与隔爆膜夹持器连接处用厚度为 0.3 mm 的薄膜密封，
并在隔爆膜夹持器周围用密封胶圈对夹持器边缘进行封闭。然后，在爆炸腔体中充入一定体积的甲烷
气体，使腔体内部充满甲烷体积分数为 9.5% 的甲烷-空气混合气体后进行爆炸实验。在正式实验前，需
要进行无材料阻隔爆的空管实验。最后，将实验材料安装在距爆炸腔体 4.4 m 处的管道中进行阻隔爆实
验。在整个实验过程中，利用数据采集系统采集各测点不同传感器数据进行对比，以便观察不同实验材
料对火焰温度传播的阻滞变化、实验材料前后爆炸超压变化及管道中火焰传播的变化，作为判断材料阻
隔爆性能的指标。
主要通过对爆炸超压、火焰传播速度和火焰温度 3 个方面的数据进行研究，对比不同实验材料对爆
炸超压等参数的抑制作用。关于爆炸超压、火焰传播速度以及火焰温度相关公式 [26-27] 如式 (1)～(5)
所示。
ζ 进行对比：
实验材料对爆炸超压的阻滞效果可通过超压下降速率 dp/dt 和超压衰减率
dp/dt = (p max − p i )/∆t = ∆p/∆t (1)

(2)
ζ = (p max − p i )/p max

025402-4