Page 49 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 夏远辰，等： 含甲基膦酸二甲酯的细水雾对氢-空气爆炸的影响机制 第 2 期

1 试验系统及材料

1.1 试验系统
氢-空气爆炸及抑爆试验的开展基于图 1 所示的可视化定容爆炸试验系统。该试验系统包括可视化
定容燃烧室、配气系统、流场动态检测系统、球形雾化系统、高速摄像机、数据采集装置、高能点火器、
时序控制器、真空泵和高频动态压力传感器等。可视化定容爆炸室内部尺寸为 80 mm×80 mm×520 mm，
可视区域尺寸为 80 mm×372 mm。球形雾化室内部设有超声波雾化装置，用于生成含甲基膦酸二甲酯的
微米级水雾。通过调节高能点火器的点火电压来控制点火能为 0.5 J，以确保处于弱点火模式，削弱点火
能量对火焰扩展的影响。压力传感器的量程为−0.1～2.0 MPa。通过 NI 数据采集装置的 DAQ 控制程
−1
−1
序，将压力数据采集频率调整为 10 000 s 。高速摄像机的拍摄频率为 10 000 s ，以便精确捕捉氢气爆炸
的动态演化过程。所有试验均在相对稳定的环境条件下进行，其中环境温度为 298 K，湿度为 30%。此
外，所有试验都经过可靠性验证，每个试验条件重复试验 3 次以上，以避免结果的随机性。

Spherical atomization chamber
Speculum

High energy
Slit
Air igniter Time controller
Point light
source

Premixed Pressure sensor
bottle Combustion chamber Data recordor

Hydroegn bar Digital pressure Knife edge
gauge

Power 1 500 W Concave mirror High-speed camera Computer
Vacuum pump Air
图 1 试验系统示意图
Fig. 1 Schematic diagram of the test system

1.2 试验材料

本文中 O=P(CH )(OCH ) 作为含磷抑制剂，其纯度为 99.9%，密度为 1 079 kg/m ，沸点为 181 ℃，摩尔
3
2
3
3
–4
质量为 124.08 g/mol 。去离子水用于生成细水雾，其电导率通常在 (0.1～1.0)×10 S/m 之间，能够排除
[3]
杂质离子对试验结果的干扰。氢气作为燃料，其纯度为 99.999%。其中，氢-空气混合的当量比定义为：
( )
n H 2 /n air
act
Φ = ( ) (1)
n H 2 /n air
stoic
为氢气的物质的量，n 为空气的物质的量；下标“act”为实际工况，“stoic”为化学计量比。
r
式中： n H 2 ai
试验中的变量是氢-空气当量比，当量比分别为 0.8、1.0、1.5 和 2.0，涵盖了贫燃、化学计量燃烧和富燃。
其中，细水雾的密度为 450.7 g/m ，O=P(CH )(OCH ) 的摩尔分数为 0.5%。
3
2
3 3
采用超声波雾化装置，通过雾化片的高频谐振产生细水雾，其中振荡频率为 2.4 MHz。在细水雾抑
爆领域，细水雾的比表面积是细水雾抑爆性能的关键指标，索特平均直径（D ）表征所测量水雾颗粒的体
32
积之和与水雾颗粒表面积之和的比：
022103-3