管道内全阻塞障碍物对气相爆轰波传播特性的影响

发布时间：2019-10-08 05:04

【摘要】：建立了长2 800mm、内径为50mm的圆管内爆轰波传播实验装置,采用光电二极管探测火焰锋面以获得爆轰波的传播速度,采用烟迹法记录爆轰波的胞格结构。通过在管道不同位置设置阻塞率为1的聚丙烯薄膜,研究不同初始压力下不同氩气稀释浓度的C_2H_2+2.5O_2+nAr预混气体爆轰波在通过全阻塞障碍物前后传播速度及胞格结构的变化。结果表明,气相爆轰波在达到稳态爆轰后,在通过全阻塞薄膜障碍物的过程中会产生2种不同的传播形式:速度亏损和爆轰失效。气相爆轰波穿过不同区域的传播过程可以分为3个阶段:稳态传播阶段、速度亏损阶段或爆轰失效阶段、过驱爆轰阶段。
【图文】：

曲线,电压上升,爆轰波,光电二极管

２Ｈ２＋２．５Ｏ２预混气体作为驱动气，采用不同氩气稀释浓度的Ｃ２Ｈ２＋２．５Ｏ２＋ｎＡｒ预混气体作为测试气体。需要说明的是，当Ａ处安装障碍物时，薄膜前的驱动气体一直为驱动气不能变换。Ｂ处安装障碍物时，驱动段内气体依然不变，但测试段１与测试段２内气体的氩气稀释浓度可变化。采用分压法配置预混气体，并充入驱动气罐和预混气罐内。实验开始前，对管路抽真空至０．５ｋＰａ（绝对压力），然后向驱动段及测试段充入驱动气及预混气。每次实验结束后用氩气吹扫管道。图２光电二极管电压上升曲线Ｆｉｇ．２Ｖｏｌｔａｇｅｒｉｓｅｃｕｒｖｅｓｏｆｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ１．２测试及采集方法预混气体发生爆轰时，理论上爆轰波传播速度与化学反应区（火焰锋面）传播速度数值相等。因此，通过测量火焰锋面，即可获得爆轰波传播速度。火焰锋面的测量通过光敏二极管实现。在管道壁面距点火端１２００ｍｍ至管道末端以１００ｍｍ间距（Ｎ１～Ｎ３间距为１５０ｍｍ）布置光电二极管Ｎ１～Ｎ１６，见图１。当爆轰波通过光电二级管时，紧随爆轰波的火焰锋面向外辐射可见光激发光电二极管，采集系统会采集到电压上升信号。通过获得相邻测点的时间，即可计算相邻测点中间位置平均化学反应区速度。４４８爆炸与冲击第３７卷

失效条件,烟熏,爆轰,薄膜

位置前产生微弱电压信号。随着火焰锋面的靠近，电压信号逐渐增强。因此，若采用较低电压值作为火焰锋面到达该测点的判定依据偏差较大。并且当电压信号超过２５００ｍＶ时，电压信号响应逐渐迟缓。综合考虑上述因素，采用Ｕ＝２０００ｍＶ作为火焰锋面到达该测点的时间判据，如图２所示。获得火焰锋面到达相邻两侧点的时间差后，即可依据测点间距计算出爆轰波传播速度。为保证实验重复性，每组实验均重复３次以上。使用计算机控制点火与数据采集过程，利用１６通道高频数据采集装置采集光电二级管的图４爆轰失效条件下的烟熏薄膜Ｆｉｇ．４Ｓｍｏｋｅｆｉｌｍｕｎｄｅｒｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｆａｉｌｕｒｅ电压信号，单通道采样频率为５００ｋＳ／ｓ。利用烟迹法记录爆轰波胞格结构。在管道内安装烟熏过的耐高温聚丙烯薄膜可以获得爆轰波胞格结构，见图３（ｐ０＝８ｋＰａ，Ｃ２Ｈ２＋２．５Ｏ２＋８０％Ａｒ）。通过胞格结构，可进一步分析爆轰波ＺＮＤ结构、胞格尺寸λ、爆轰失效判据等问题。当爆轰失效时，烟熏薄膜上无明显胞格，仅出现横纹痕迹，见图４。２结果分析及讨论２．１管道内驱动段爆轰波自持传播管道内薄膜障碍物前预混气体实现稳定自持爆轰是本实验的基础条件。稳定自持爆轰的形成可以通过障碍物前各测点爆轰波平均速度与Ｃ－Ｊ（Ｃｈａｐｍａｎ－Ｊｏｕｇｕｅｔ）理论爆轰速度对比判断。当薄膜障碍物布置在Ａ位置时，，选取测点为Ｎ１、Ｎ２；当薄膜障碍物布置在Ｂ位置时，选择测点为Ｎ７～Ｎ１０。表１为在管道内不同位置（Ａ或Ｂ）布置障碍物时，不同初始压力ｐ０、薄膜后不同氩气稀释浓度下障碍物前
【作者单位】：大连理工大学化工机械与安全学院;
【基金】：国家自然科学基金项目(51574056)
【分类号】：O381

【相似文献】