柔性擾動對爆轟波傳播影響實驗研究.pdf

1、可燃?xì)怏w爆炸嚴(yán)重威脅工業(yè)生產(chǎn)安全。高度敏感氣體在受限空間內(nèi)被引燃，極有可能引發(fā)爆轟并瞬間摧毀設(shè)備與財產(chǎn)。初始條件與邊界條件是事故前預(yù)測與評估爆轟可能性的重要手段。現(xiàn)有研究表明:擾動對爆轟波的發(fā)展、演化及失效有顯著影響。然而，以多層聚丙烯薄膜為代表的柔性材料作為管道內(nèi)迎面擾動時對爆轟波傳播的影響還未被理解。深入研究該規(guī)律，對爆轟災(zāi)害防治及基于爆轟波的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。本文使用聚丙烯薄膜作為迎面擾動（阻塞率為1.0），獨立設(shè)計并搭建了管道內(nèi)

2、氣相爆轟實驗平臺，系統(tǒng)研究了爆轟波在迎面擾動前后的傳播特性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了C2H2+2.5O2+nAr預(yù)混氣體在無擾動管道內(nèi)爆轟波傳播的速度特性與胞格結(jié)構(gòu)，評價了一維氣相爆轟理論的使用條件。在不同初始壓力(P0=10～50 kPa)與不同氬氣稀釋濃度(n=0～80％)下，C2H2+2.5O2+nAr爆轟波在管道內(nèi)以穩(wěn)態(tài)傳播，傳播速度略小于C-J理論爆轟速度vCJ。隨著氬氣稀釋濃度n上升，爆轟波傳播速度下降;初始

3、壓力上升，爆轟波傳播速度上升，但幅度較小。分析了穩(wěn)態(tài)氣體與非穩(wěn)態(tài)氣體的具體差異，獲得了穩(wěn)態(tài)氣體ZND胞格結(jié)構(gòu)。依據(jù)CJ理論計算得到的爆轟波傳播速度與實驗值的誤差小于10％;使用爆轟波傳播速度的簡化算法可以精確估算穩(wěn)態(tài)氣體爆轟波在一維管道內(nèi)的傳播速度。⑵分析了以聚丙烯薄膜為材料的柔性擾動對爆轟波傳播特性的影響規(guī)律及其作用機制。獲得穩(wěn)態(tài)式爆轟波穿過擾動后的兩種傳播形式:初始壓力較低或氬氣稀釋濃度較高(P0＜40 kPa，n＞50％)時，爆轟

4、波解耦失效;初始壓力較高或氬氣稀釋濃度較低(P0≥40 kPa，n≤50％)時，爆轟波速度虧損。分析發(fā)現(xiàn)，前導(dǎo)激波在柔性材料上的作用機制為:激波使聚丙烯薄膜破碎后，沿反射波方向的流動擴張導(dǎo)致爆轟波衰減:當(dāng)在聚丙烯薄膜上的激波繞射現(xiàn)象處于主導(dǎo)時，爆轟波將以速度虧損形式出現(xiàn);當(dāng)在聚丙烯薄膜上的激波反射現(xiàn)象處于主導(dǎo)時，爆轟波將以爆轟失效形式出現(xiàn)。⑶完成了擾動后以速度虧損或爆轟失效的可燃?xì)怏w加速與轉(zhuǎn)變實驗，分析了爆轟波低速傳播與失效傳播規(guī)律，獲