Page 187 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 王慧婷，等： 不同双金属超分子化合物抑制镁粉爆燃火焰的实验研究 第 9 期

30 nm 50 nm 50 nm

(e) MgAl-Cl
(d) MgAl-CO 3 (f) ZnCr-CO 3
图 5 6 种双金属超分子化合物的扫描电镜图像
Fig. 5 Scanning electron microscopy images of six types of bimetallic supramolecular compound
1.4 实验平台

火焰传播可视化系统如图 6 所示，主要由哈
特曼管、粉尘扩散系统、点火能量产生系统、同 Quartz glass
Metal
步控制系统和高速摄影系统组成。 side wall
哈 特 曼 管 道 主 体 长 度 为 900 mm， 内 径 为 High-speed Computer
60 mm×60 mm，既能满足生成湍流条件，又易于 camera Synchronous
control system
火焰的传播与观察测量，管道左右两侧为高强度
耐高温的金属材料白钢，内壁光滑以减少对火焰 Ignition
electrode
传播的干扰，前后两侧为耐高温耐压的透明石英 Pressure sensor
Dust
玻璃，便于利用高速摄影机对火焰形态进行观察 dispersion
device Solenoid Air Inlet Air
与 记 录 。 粉 尘 扩 散 系 统 由 垂 直 玻 璃 管 底 部 的 valve receiver valve receiver
伞状粉尘扩散器、储气罐、高压气瓶与连接的管 图 6 火焰传播实验系统
道组成。点火能量产生系统可产生的点火能量 Fig. 6 Flame propagation experiment system
为 1 000 mJ，电极高度为 100 mm。同步控制系
统连接至电脑，并对点火能量、点火延迟时间、储气罐存储气体压力等参数进行设置。高速摄影系统的
帧速为 6 000 s ，通过软件可实时查看并记录高速摄像机的拍摄画面。
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1.5 实验过程
实验分为空白对照组与惰化实验组，其中：空白对照组有 3 种不同质量浓度的工况，加入镁粉质量
浓度分别为 100、200 和 300 g/m ，根据不同质量浓度镁粉火焰的形态与传播速度，选择惰化实验所用的
3
镁粉质量浓度为 300 g/m ，且金属粉尘与抑爆剂的质量浓度比为 6∶1。实验过程中先将镁粉与抑爆剂进
3
行预混，把混合后的粉尘均匀分布在垂直玻璃管底部的伞状粉尘扩散器上，高压气瓶将储气罐加压至
0.2 MPa， 实 验 开 始 后 储 气 罐 压 力 释 放 将 样 品 喷 到 垂 直 玻 璃 管 中 ， 形 成 粉 尘 云 ； 同 步 控 制 系 统 延 迟
200 ms 后点火系统产生 1 000 mJ 电火花点燃粉尘云；高速摄影系统同步记录火焰在玻璃管中的传播过
程，用于分析火焰形态与火焰传播速度变化，从而得到不同抑爆剂对镁粉火焰传播的影响，包括传统的
抑爆剂 NaHCO 以及 MgAl-Cl、ZnCr-CO 、CaFe-Cl、MgAl-CO 、CuAl-CO 和 3 CaFe-CO 等双金属超分子
3
3
3
3
化合物。每组实验至少重复 3 次，且每次实验结束待装置冷却之后，进行吹扫清理，确保没有残留物影响。
2 结果与分析
2.1 镁粉爆燃火焰传播过程
图 7 展示了不同质量镁粉在哈特曼管中的火焰传播情况。在图 7(a) 中，t=0 ms 时，点火电极附近很
容易观察到火焰，并伴有部分白光；随着时间的推移，火焰逐渐变得明亮，并在点火电极周围自由扩散；
t=70 ms 时，火焰底部开始出现黑色区域，可能是由于存在大量未参与燃烧的镁粉颗粒，导致可燃挥发性
气 体 质 量 浓 度 降 低 ， 上 层 火 焰 继 续 向 上 传 播 ， 底 部 由 于 燃 烧 反 应 不 充 分 ， 火 焰 逐 渐 破 碎 并 消 失 ；

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