利用自主搭建的實驗平臺,對距離點火源30、50、70cm和厚度為2、4、6 cm的多孔陶瓷抑制甲烷爆炸效果展開實驗研究。結果表明,多孔陶瓷可延長層流火焰的傳播時間,減緩火焰由層流向湍流的轉變。爆炸火焰接觸多孔陶瓷時發(fā)生淬熄,導致爆炸反應終止。多孔陶瓷與點火源之間距離的增加或多孔陶瓷厚度增加時,火焰鋒面速度下降,但材料厚度對火焰鋒面速度的影響效果相比于放置位置更加明顯。超壓上升速率隨著多孔陶瓷與點火源距離的增加而降低,其與點火源距離較近即放置于30 cm處時,對超壓的衰減效果最佳。增加多孔陶瓷的厚度時,甲烷爆炸超壓峰值降低。 

【文章來源】：消防科學與技術. 2020,39(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

氣體爆炸實驗平臺

甲烷爆炸火焰?zhèn)鞑ト鐖D2所示。火焰由球形（t=13ms）變?yōu)橹感危╰=35 ms），在指形階段火焰加速向前發(fā)展。隨后火焰鋒面速度降低，由指形變?yōu)槠矫嫘危╰=50 ms），形成郁金香火焰（t=75 ms），最后火焰在管道末端消散。多孔陶瓷對甲烷-空氣預混氣體爆炸具有良好的抑制作用，根據(jù)多孔陶瓷放置位置和厚度不同，對爆炸傳播的影響效果不同，如圖3～圖5所示。

圖3為多孔陶瓷放置于距離點火源30 cm處時對爆炸火焰的影響效果。可以看出，火焰接觸多孔陶瓷前其傳播發(fā)展的結構相似，由最初的球型火焰加速形成指形火焰向前發(fā)展，當火焰鋒面接觸多孔陶瓷時，在其材料內(nèi)部發(fā)生了淬熄，且無法繼續(xù)向前傳播發(fā)展。分析其原因，多孔陶瓷的存在破壞了爆炸產(chǎn)物生成與可燃氣體消耗之間的平衡，多孔陶瓷特有的孔隙結構將空間分為若干個小孔徑區(qū)域，當火焰通過時將其分隔，中斷爆炸反應的進行，即阻隔了火焰繼續(xù)向前傳播。圖4為多孔陶瓷距離點火源50cm時對爆炸火焰的影響。當多孔陶瓷距離點火源50 cm時，爆炸火焰?zhèn)鞑ミ^程中指形火焰發(fā)展階段的時間與無多孔陶瓷時相比有所延長。火焰以加速狀態(tài)傳播時多孔陶瓷破壞了火焰鋒面處的渦流，使火焰保持層流燃燒的時間增加，對爆炸火焰由層流向湍流的轉變有一定的阻隔和抑制作用。多孔陶瓷與點火源的距離較遠時，火焰可由球形發(fā)展為指形再到郁金香形，如圖5所示。郁金香火焰接觸多孔陶瓷后發(fā)生淬熄，火焰鋒面被多孔陶瓷吸收。從圖5可以看出，郁金香火焰出現(xiàn)的時間隨著多孔陶瓷厚度的增加而滯后，即t(a)<t(b)<t(c)。當多孔陶瓷與爆源點距離較遠時，火焰可以發(fā)展為郁金香形態(tài)，但由于多孔陶瓷對氣體的阻隔影響，郁金香火焰出現(xiàn)的時間有所延遲，并隨著多孔陶瓷的厚度增加，延遲時間愈長。郁金香火焰的出現(xiàn)，表明火焰開始由層流向湍流轉變，多孔陶瓷可縮短火焰湍流傳播的時間，降低湍流火焰的危害，且隨著材料厚度的增加，延遲火焰發(fā)展的效果越明顯。因此，多孔陶瓷可有效抑制火焰初始階段、持續(xù)加速階段和湍流階段的傳播，使火焰淬熄，終止爆炸反應的進行。實驗現(xiàn)象符合多孔陶瓷能夠抑制爆炸火焰?zhèn)鞑サ牟孪搿D4 多孔陶瓷距離點火源50 cm對爆炸火焰的影響

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