Page 121 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 王一鸣，等： 电流互感器泄压装置在燃爆载荷下的动态响应与失效机理 第 11 期

胀器，其内部压力逐步升高并形成背压，当容器内压力降低至一定水平后，泄压口流动由临界流转变为
亚临界流 [22] ，泄放能力显著降低，从而使系统压力在一定时间内维持在与背压相当的水平，表现为压力
平台。为定量描述该流动状态转变的临界条件，引入可压缩流动理论中的临界压力比公式：
γ
Å ã
p ∗ 2 γ−1
r c = = (3)
p0 γ +1
0
c p ∗ 为临界压力，p 为滞止压力，γ 为比热容。
式中：r 为临界压力比，
0.8 6 Spark detector 1

0.719 5 MPa Spark detector 2
0.7 5
0.6 Rapid pressure drop phase
0.5 4
p/MPa 0.4 Rapid pressure rise phase Slow pressure decline phase U/V 3

0.3 0.183 2 MPa 2
0.2
0.1 1
0 0
0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30
t/s t/s
(a) Pressure curves (b) Spark signal curves

图 4 压力与火花曲线图
Fig. 4 Curve chart of pressure and spark
在本试验中，对于空气 γ=1.4，r ≈0.528。当容器内压力 p 下降至 p≲p /r ≈1.89p ，对于 p =0.1 MPa，即
0
c
0
c
0
p≈0.189 MPa 时，壅塞解除，流动转为亚临界状态，泄放效率骤降，形成观测到的压力平台。而从图 4 中的
压力曲线中可以看到，在压力下降到 0.183 2 MPa 时泄压速率开始减小，该数据值与理论计算值基本吻合。
在主燃爆火焰通过泄压口后，容器内部仍可能存在局部缓慢燃烧区域，或由于高温壁面对残余气体
的持续加热而维持一定程度的热输入。在气体持续泄放的同时，微弱热量补充与质量、能量流失之间形
成动态平衡，使压力在平台阶段呈现缓慢衰减特征。
需要指出的是，本试验平台采用直管结构，而实际电流互感器内部存在电容屏、绕组及绝缘支撑等
复杂构件，其流动通道更为曲折，且固体构件会吸收部分热量并对火焰传播产生阻挡与扰动。这些因素
可能导致实际设备内火焰加速过程与压力波传播特性与直管试验结果存在差异，例如，实际结构中的压
力上升速率可能因流动阻力增大而略有降低，火焰到达泄压口的时间可能进一步延迟。尽管如此，本试
验获得的爆破片在高应变率下的动态开启特性，反映的是燃爆载荷与泄压装置相互作用的力学行为，对
实际设备仍有指导价值。后续研究将构建含内部构件的精细化试验模型，以量化结构复杂度对泄压过
程的影响。
综上系统研究表明：燃爆过程中压力释放先于火焰外逸完成，泄压并不意味着火焰风险的同步消
除；同时，压力平台现象反映了泄压装置在瞬态载荷作用下的正常动态响应特征。因此，在电流互感器
防爆设计中，应同时评估压力释放效果与火焰外逸风险。
2.2 膨胀器瞬态载荷下的变形特性
在爆破片开启过程中，尽管瞬时压力峰值达到 0.72 MPa，但膨胀器各波纹节仅表现出有限的塑性变
形。这主要与燃爆载荷作用时间极短有关。爆破片开启后，高压气体释放呈现毫秒量级的脉冲特征，难
以向膨胀器输入足够的冲量以驱动结构发生显著的整体刚体位移，其响应主要受结构惯性约束。在该
条件下，膨胀器的变形形式以波纹节的局部弯曲为主，而非整体轴向拉伸。波纹管结构在轴向方向上刚
度分布不均，波谷处弯曲刚度较低，易形成应力集中区域。在内压作用下，周向薄膜应力与局部弯曲应

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