管道截面对氢气/空气预混爆炸影响的实验研究

发布时间：2021-11-19 22:54

　　为研究管道截面对氢气/空气预混火焰形状与传播速度的影响,选用三个长度都为1m而截面尺寸不同的方形管道进行实验。实验结果表明,在截面为80mm×80mm的管道中,四种氢气浓度下预混火焰都发展形成了郁金香火焰。火焰传播速度呈现上升,下降,再上升的波动。在截面为100mm×100mm和150mm×150mm的管道中,只有在氢气浓度20%下形成郁金香火焰,并且传播速度也出现上述的波动。而在氢气浓度25%,30%,40%下,预混火焰都呈指尖形传至管口,未出现郁金香火焰,传播速度都是不断上升。三个管道对比中,截面为100mm×100mm的管道内火焰平均传播速度最快,且压力波第一峰值最大。 

【文章来源】：火灾科学. 2015,24(02)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【图文】：

图１氢气爆炸实验系统Ｆｉｇ．１Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎｅｘｐｌｏｓｉｏｎ

×１５０ｍｍ的三个管道进行编号，分别为管道ａ、管道ｂ、管道ｃ。３．１爆炸火焰特征本实验由高速摄像仪拍摄火焰传播照片，每次实验都选出１０幅照片组合在一起，表达预混火焰由右侧传播到左端管口的过程，如图２所示。图２中的三个图分别为管道ａ，ｂ，ｃ中的火焰图，每个图的第一行是氢气体积分数为２０％、２５％的预混火焰，第二行是氢气体积分数为３０％、４０％的预混火焰。对于管道内预混气体爆炸火焰锋面，最主要有两种形状，指尖形和郁金香形。对于预混火焰传播动力学以及郁金香火焰特性，Ｃｌａｎｅｔ［１０］提出的四个火焰动力学阶段被广为接受：１）半球形火焰阶段，此阶段由于不受壁面限制而火焰自由膨胀；２）指尖形火焰阶段，此阶段火焰前锋类似于指尖形，火焰面积急剧增加而使得火焰成指数形式加速；３）接触壁面火焰，此阶段火焰裙边接触壁面致使壁面附近火焰熄灭，使得火焰面积快速损失最终导致火焰急剧减速；４）形成郁金香形火焰阶段，此阶段火焰锋面发生反转而形成向未燃区凹陷的火焰形状。与文献中提出的预混火焰四阶段比较，此管道内的火焰经历的过程与其顺序一致，但有的经历了前两个阶段，有的经历了前三个阶段，有的经历了同样的四个阶段。实验中可观测到，当管道截面相同时，氢气体积分数不同，火焰的颜色与亮度不同，火焰前锋形状不同。随着氢气体积分数的增大火焰变得更加明亮，火焰前锋颜色由蓝色变为黄色再变为红色，直观表明反应在加剧以及火焰温度在不断升高，这是由于氢气体积分数越接近化学当量比下的数值，反应越激烈，爆炸产生的能量越大，火焰区域也越明亮。图２不同管道中的预混火焰传播图片Ｆｉｇ．２Ｐｈｏ

３０％、４０％时，只有在最细的管道ａ中出现了郁金香火焰，而管道ｂ与ｃ都是以指形火焰传播至管道端口。结果表明，管道截面及氢气含量对管道中氢气／空气预混爆炸火焰传播特征，尤其是对郁金香火焰的形成有着直接影响。３．２爆炸火焰传播速度由高速摄像仪拍摄的火焰图片经处理后取不同时刻火焰长度，计算出不同管道不同氢气体积分数下预混火焰从管道一端传至另一端口过程中的速度，如图３（ａ）、图３（ｂ）、图３（ｃ）所示，分别为管道ａ、ｂ、ｃ中火焰传播速度。图３三个管道中的火焰传播速度Ｆｉｇ．３ＦｌａｍｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｉｎｔｈｒｅｅｄｕｃｔｓＶｏｌ．２４Ｎｏ．２７１路长，等：管道截面对氢气／空气预混爆炸影响的实验研究

【参考文献】：
期刊论文
[1]障碍物管道中预混火焰传播物理机理的试验研究[J]. 程关兵,张旭龙,李俊仙,李书明,瞿红春.  安全与环境学报. 2014(01)
[2]球形容器与管道内甲烷-空气混合物爆炸强度的尺寸效应[J]. 崔益清,王志荣,蒋军成.  化工学报. 2012(S2)
[3]氢气-空气-稀释气混合气层流燃烧速度的测定和火焰稳定性分析[J]. 胡二江,何佳佳,黄佐华,金春,王婕,苗海燕,王锡斌,蒋德明.  科学通报. 2008(20)
[4]矿井瓦斯爆炸传播的尺寸效应研究[J]. 徐景德,周心权,吴兵.  中国安全科学学报. 2001(06)



本文编号：3506043