柔性扰动对爆轰波传播影响实验研究

发布时间：2020-06-12 06:37

【摘要】：可燃气体爆炸严重威胁工业生产安全。高度敏感气体在受限空间内被引燃,极有可能引发爆轰并瞬间摧毁设备与财产。初始条件与边界条件是事故前预测与评估爆轰可能性的重要手段。现有研究表明：扰动对爆轰波的发展、演化及失效有显著影响。然而,以多层聚丙烯薄膜为代表的柔性材料作为管道内迎面扰动时对爆轰波传播的影响还未被理解。深入研究该规律,对爆轰灾害防治及基于爆轰波的应用具有指导意义。基于此,本文使用聚丙烯薄膜作为迎面扰动(阻塞率为1.0),独立设计并搭建了管道内气相爆轰实验平台,系统研究了爆轰波在迎面扰动前后的传播特性,主要工作与结论如下：(1) 研究了C_2H_2+2.50_2+nAr预混气体在无扰动管道内爆轰波传播的速度特性与胞格结构,评价了一维气相爆轰理论的使用条件。在不同初始压力(Po=10-50kPa)与不同氩气稀释浓度(n=0～80%)下,C_2H_2+2.50_2+nAr爆轰波在管道内以稳态传播,传播速度略小于C-J理论爆轰速度VCJ。随着氩气稀释浓度n上升,爆轰波传播速度下降；初始压力上升,爆轰波传播速度上升,但幅度较小。分析了稳态气体与非稳态气体的具体差异,获得了稳态气体ZND胞格结构。依据CJ理论计算得到的爆轰波传播速度与实验值的误差小于10%；使用爆轰波传播速度的简化算法可以精确估算稳态气体爆轰波在一维管道内的传播速度。(2)分析了以聚丙烯薄膜为材料的柔性扰动对爆轰波传播特性的影响规律及其作用机制。获得稳态式爆轰波穿过扰动后的两种传播形式：初始压力较低或氩气稀释浓度较高(Po40 kPa,n50%)时,爆轰波解耦失效；初始压力较高或氩气稀释浓度较低(PO芝≥kPa,n≤50%)时,爆轰波速度亏损。分析发现,前导激波在柔性材料上的作用机制为：激波使聚丙烯薄膜破碎后,沿反射波方向的流动扩张导致爆轰波衰减：当在聚丙烯薄膜上的激波绕射现象处于主导时,爆轰波将以速度亏损形式出现；当在聚丙烯薄膜上的激波反射现象处于主导时,爆轰波将以爆轰失效形式出现。(3)完成了扰动后以速度亏损或爆轰失效的可燃气体加速与转变实验,分析了爆轰波低速传播与失效传播规律,获得了受柔性扰动控制的低速传播或失效传播距离。以低速传播的爆轰波失去三波结构,其扰动控制距离约为37.5mm至50 mm。失效传播的爆轰波激波衰减为膨胀波,爆燃转爆轰转变距离与转变时间随初始压力降低而增大；随氩气稀释浓度上升而降低,但转变距离降幅有限。扰动对爆轰失效的作用范围大于爆燃转爆轰转变距离,小于爆燃发展至稳态传播距离。低速爆轰与失效爆轰经历短暂的过驱爆轰过程后,再次发展至稳态式爆轰。基于本文研究内容,稳态式爆轰波通过扰动传播过程分为三个阶段：a.自持传播阶段；b.低速传播或失效传播阶段；c.过驱爆轰阶段。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ560.1

【参考文献】