水雾对气体火焰传播特性影响的实验研究

本文利用自行设计的传播火焰喷雾抑制实验系统研究了水雾对甲烷火焰传播特性的影响.结果表明,在一定范围内水雾对甲烷火焰传播的抑制效率随着水流量和火焰前方流场中水雾区流体速度的增加而增加.在甲烷爆炸反应过程中,水作为第三体或惰性液滴破坏其中的链载体,从而降低了甲烷爆炸的反应能力.     

糖粉粒径对其爆炸特性影响的试验研究

为研究糖粉粉尘爆炸特性,采用20 L球形爆炸装置进行试验测试,通过改变糖粉粒径来测定粉尘爆炸下限质量浓度(LEL)、爆炸压力以及爆炸指数特性参数,研究粒径对糖粉爆炸特性的影响。结果表明,随着粒径的减小,粉尘LEL先由70~80 g/m3降低到0~10 g/m3,再上升到20~30 g/m3;爆炸压力由0.75 MPa增大到1.07 MPa;爆炸指数由11.2 MPa·m/s增大到23.4 MPa·m/s。此外,粒径为45~53μm的3号粉尘的LEL为0~10 g/m3,其爆炸敏感度最高;而粒径小于等于45μm的4号粉尘的爆炸压力为1.07 MPa,爆炸指数为23.4 MPa·m/s,其爆炸烈度最大。随着粒径的减小,糖粉粉尘的爆炸烈度单调性增大。     

碳酸氢钠粉体粒径对铝粉火焰传播特性的影响

为探索碳酸氢钠粒径的变化对铝粉火焰结构变化和火焰传播特性的影响,采用竖直粉尘燃烧管道实验平台,研究惰化剂质量分数为30%的惰化条件下的火焰传播过程,并记录火焰温度。实验结果表明:碳酸氢钠粉体能显著降低火焰强度,钝化火焰前端;且粉体对铝粉火焰温度的抑制作用与其粒径成反比关系;碳酸氢钠粒径对铝粉火焰传播速度的惰化抑制作用在微米级与其粒径成反比关系,其粒径越小,对铝粉火焰最大传播速度的抑制效果越好。     

甲烷对合成气层流预混火焰传播特性的影响

为研究甲烷对合成气层流预混火焰化学动力学特征及合成气层流预混火焰传播特性的影响,选用GRI3.0-机理,模拟研究300 K条件下含0～70%甲烷的合成气层流预混火焰传播速度、火焰温度、反应敏感性及重要自由基浓度等。结果表明:合成气层流预混火焰传播速度、绝热火焰温度随甲烷比例的增加非线性下降,火焰传播速度峰值对应的当量比随甲烷增加显著向贫燃侧发展;富燃条件下,随着甲烷少量加入(≤30%),火焰中自由基H浓度显著下降,火焰传播速度受抑制作用显著;随着甲烷的继续增加,不足的自由基OH抑制自由基CH_3的生成,影响自由基H的消耗,削弱CH_4对层流预混火焰传播速度的抑制作用。     

玉米淀粉粉尘云浓度对其火焰传播特性影响

为研究受限空间内玉米淀粉燃烧火焰结构以及火焰传播特性,在小尺寸开口竖直管道内进行不同质量浓度下玉米淀粉火焰传播试验。采用高速摄像拍摄火焰传播过程,并用微细热电偶记录试验过程中的火焰温度。试验结果表明:燃烧过程中火焰锋面形状不规则;在低质量浓度下,火焰温度和传播速度随粉尘质量浓度的增加而增大,存在一个最佳粉尘浓度使二者均达到最大值,超过此浓度值后,随着浓度增加二者开始缓慢下降。不同质量浓度粉尘对应的最高火焰温度和最大火焰传播速度呈线性关系。     

小麦淀粉粉尘云火焰传播特性研究

为探究受限空间内小麦淀粉粉尘爆炸燃烧特性,利用自行设计的小尺度粉尘爆燃试验平台、高速摄影系统、微细热电偶等对管道内小麦淀粉粉尘爆燃过程进行试验研究,分析粉尘云质量浓度对火焰传播特性影响。试验结果表明,小麦淀粉粉尘爆燃火焰表现出明显非均相燃烧特性;随粉尘云质量浓度增加,管道内火焰传播速度和火焰峰值温度均表现出先增大后减小的特征,该试验条件下,在粉尘云质量浓度为520 g/m~3时达到最大值;当粉尘云质量浓度低于520 g/m~3时,粉尘火焰的最大火焰传播速度与火焰峰值温度线性相关。     

不同粒径铝粉火焰传播特性试验研究

为探索不同粒径铝粉火焰结构及其传播特性,用一竖直粉尘燃烧管道试验装置进行铝粉燃烧试验。借助高速摄像设备,观察不同粒径铝粉的火焰形态。利用微细热电偶记录铝粉火焰温度变化。分析不同粒径铝粉火焰的传播速度与铝粉火焰最高温度的关系。结果表明,铝粉粒径越小,火焰越平滑,燃烧越充分、越剧烈,火焰传播速度增长越快;铝粉火焰传播速度和火焰最高温度均与其粒径成反比。     

微乳化柴油火焰传播特性的试验研究

采用高速照相机记录火焰传播过程,并运用ProAnalyst软件分别对微乳化柴油的主火焰高度和闪火焰传播速度进行了测量和追踪分析。结果表明：各时刻的微乳化柴油主火焰均不是连续的,呈现“跳跃式”传播,并且主火焰的最大高度显著小于-10PD 的主火焰最大高度;微乳化柴油火焰传播的平均速度以及最大瞬时速度均远小于-10PD ,而 HS -10火焰传播的平均速度以及最大瞬时速度在3种不同含水量的微乳化柴油中也均为最小。微乳化柴油的阻燃防火性能明显优于-10PD 的主要原因是其中的水分对火焰燃烧产生了较强的抑制作用。     

甲烷体积分数对甲烷-煤粉复合火焰传播特性的影响

为探究甲烷体积分数对煤粉爆炸过程的影响,并掌握甲烷-煤粉爆炸火焰传播特征,通过粒度分析仪和同步热分析仪研究2种煤粉样品的粒径大小和热解过程。利用1 500 mm×80 mm×80 mm的半开口竖直燃烧管道,探究不同甲烷体积分数下,中位粒径分别为65和25μm烟煤粉的火焰传播特性,分析甲烷体积分数对甲烷-煤粉复合火焰结构、温度和速度的影响。结果表明:25μm煤粉比65μm煤粉的火焰更加明亮,甲烷体积分数的增加对65μm煤粉火焰有更强的促进作用;当甲烷体积分数越接近当量比时,火焰锋面越规则,火焰速度也越快;随着甲烷体积分数的增加,火焰温度和火焰传播速度均呈现先增大后减小的趋势;甲烷体积分数为9%时,火焰温度达到最大值;甲烷体积分数为8%和10%时,65和25μm煤粉最大火焰速度为分别为26.53和39.28 m/s。     

磁场对扩散火焰特性的影响

通过磁场对扩散火焰特性影响的研究，可以发现磁场能够改变火焰的燃烧特性，使火焰的温度升高，而火焰的高度有所降低。这能使我们更精确地了解实际火灾过程中火焰的燃烧特性，掌握火灾的特点，为减灾和灭灾提供有益的参考。     

小尺度水平玻璃管中煤尘爆炸火焰传播特性影响因素研究

为研究煤尘爆炸火焰传播特性影响因素,采用小尺度玻璃管煤尘爆炸试验装置,对不同变质程度煤尘爆炸火焰传播特性影响因素展开试验分析。结果表明,煤尘爆炸初期,t=125 ms时焰峰尖锐,t=250 ms时焰峰趋于平滑,t=375 ms时焰峰基本全部钝化。在t=0~375 ms过程中,焰峰宽度、横截面积、亮度均不断增大。褐煤在600~700 ms时火焰传播距离达最大值74 cm,表明低变质煤中释放的可燃挥发分气体延长了火焰周期,增加了火焰长度。当p处于0.03~0.05MPa时各煤质l_1随p增大均呈递增趋势,p0.05 MPa时褐煤与不粘煤的l1有平缓且下降趋势,而气煤与长焰煤的l_1仍有上升态势。褐煤、气煤、长焰煤的l_1随T增大呈显著上升趋势,而不粘煤的l1随T存在一定波动。当k达到3g时褐煤与气煤均不再爆炸,而长焰煤与不粘煤在k达到4g时才失去爆炸性,表明褐煤与气煤对碳酸盐粉抑爆敏感度相对较高。     

苯蒸气爆炸/燃烧火焰传播特性研究

为探究苯蒸气爆炸/燃烧火焰传播特性,在自主设计加工的长度1 m的透明可视化爆炸试验管道内,开展不同浓度苯蒸气的爆炸/燃烧试验,利用高速摄像仪拍摄管道内不同浓度苯蒸气爆炸火焰传播图像,并对比研究火焰图像。结果表明:低浓度苯蒸气-空气预混气体点燃后发生剧烈爆炸反应,随着苯蒸气浓度的升高,剧烈爆炸反应转为温和燃烧反应;火焰传播平均速度随苯蒸气浓度的增大而增大,在苯蒸气体积分数为2. 8%时,火焰传播平均速度达到最大值,之后,随着苯蒸气浓度的增大而减小;低浓度苯蒸气爆炸火焰传播过程经历了急剧加速、急剧减速、缓慢加速和缓慢减速4个阶段,高浓度苯蒸气火焰传播速度基本保持不变,火焰形态与火焰传播速度密切相关。     

障碍物对油气-空气混合气体泄压爆炸火焰传播特性影响

为了研究障碍物对油气泄压爆炸火焰传播特性的影响规律,进行了不同数量障碍物工况下的对比实验,并利用纹影仪和高速摄影仪记录了火焰传播过程,针对障碍物对火焰形态、火焰锋面位置及火焰传播速度的影响规律进行了研究,结果表明:圆柱体障碍物会导致油气泄压爆炸火焰形态产生褶皱和弯曲变形,诱导层流火焰向湍流火焰转变,加速火焰的传播,对油气泄压爆炸火焰的初始传播形态有显著影响;随着障碍物数量的增多,火焰锋面传播距离点火端的最大距离增大,但到达最远距离的时间减少;障碍物能够增强火焰的传播速度,尤其对障碍物下游火焰影响最为显著,随着障碍物数量的增多,火焰传播的最大速度也随之增大,但达到最大火焰传播速度的时间却随之减少;障碍物的存在增大了油气泄压爆炸过程外部爆炸压力,并且随着障碍物数量的增多,外部爆炸压力峰值增长幅度增大。     

5种结构障碍物对火焰传播影响的试验研究

为了研究障碍物结构对预混甲烷管道内火焰传播速度和峰值超压的影响,自行设计一套火焰加速系统。在火焰加速管道上安装光电传感器和压力传感器分别测定火焰传播速度和超压,试验中选取5种结构障碍物,即平板、长方体、三棱柱、四棱柱和圆柱,其阻塞比分别为20%,40%和60%3种。研究结果表明:初始阶段障碍物阻碍火焰传播,当火焰越过障碍物后,障碍物能显著加速火焰传播。随着阻塞比增加,相同结构障碍物的火焰传播速度总体上不断增加,而峰值超压先变大后减小。相同阻塞比下,平板、三棱柱对火焰传播速度和超压影响相对较大;长方体居中;圆柱、四棱柱对增加火焰传播速度和超压作用相对较小。较小阻塞比障碍物管道内超压与无障碍物管道中的超压相比显著增加,但此后,管道中超压随阻塞比变化不明显。     

立体结构障碍物对甲烷预混火焰传播影响的研究

使用自行设计的火焰加速试验系统,研究了3种立体结构障碍物对管道内预混火焰传播速度和超压的影响。选用长方体、正四棱柱和圆柱,其阻塞比均为40%。结果表明,管道内障碍物对火焰传播的初始阶段起阻碍作用,当火焰越过障碍物后,障碍物加速火焰传播过程。有障碍物时管道内最大火焰传播速度和峰值超压比无障碍物时要大。随着点火距离的增大,管道中最大火焰传播速度和超压先变大后减小。当障碍物位于约6倍管径处时,对管道中火焰传播速度和超压影响最大。点火距离的改变对火焰传播速度的影响大于对管道内超压的影响。     

障碍物对火焰传播过程影响数值模拟

采用CFD软件AutoReaGas建立典型的物理模型及数值模型来研究管道内障碍物对可燃气体爆炸火焰传播的影响规律。结果表明,障碍物间距、阻塞率的改变会对爆炸场内的火焰传播速率产生巨大影响。障碍物间距的改变对火焰传播速率的影响是一个先增大后减小的过程;低阻塞率下,火焰传播速度较低。但随着阻塞率的增大可燃气体爆炸火焰传播速度得到明显的增大。为障碍物对可燃气体爆炸传播规律的影响的进一步研究提供了理论依据。     

长径比对管道油气爆炸特性与火焰传播规律影响研究*

为了探究长径比对油气爆炸传播特性与火焰传播规律的影响,为复杂管道受限空间油气爆炸防控提供理论参考,结合油气爆炸与爆炸抑制工程实际需要,构建不同长径比管道油气爆炸模拟实验系统,在此基础上开展不同初始浓度的预混油气-空气混合气爆炸实验。研究结果表明:管道内部的预混油气爆炸超压信号呈先上升后下降的趋势,由于耗散以及憋压效应导致超压下降平稳后仍大于初始压力;同时长径比增加会导致达到最大爆炸超压的油气浓度增加,油气爆炸超压峰值随着长径比的增加呈现上升→下降→上升的规律,小长径比管道的油气爆炸超压峰值高于大长径比管道,但同为小长径比管道或大长径比管道工况的实验结果对比显示爆炸超压峰值随着长径比增加而提升;而超压上升速率则会随着长径比的增加而上升;长径比的增加同时也会促进火焰的加速传播并减小火焰持续时间。     

航空煤油液面相向传播火焰融合特性试验研究

为揭示航空煤油相向传播火焰融合过程表面流和油面温度变化规律及成因,在自行研制的液体火蔓延试验台上开展系列试验,利用纹影系统实时记录相向表面流的全过程,采用微细热电偶和红外摄像技术测量燃油不同位置点与油面中心线上温度分布。结果表明:航空煤油两端同步蔓延条件下,相向表面流在融合过程中具有融合-停滞-分离的运动轨迹;在远离融合界面的油面处,其温升规律几乎与单端火蔓延一致,具有一次台阶温升规律;在形成的大涡流周围油面处,具有二次台阶温升规律;融合后期油面突燃现象是二次涡流和预混可燃气共同作用结果。     

惰性气体抑制瓦斯爆燃火焰传播特性实验研究*

为研究惰性气体抑制瓦斯爆燃火焰传播特性,在自行搭建的中尺度爆炸激波管道上,采用数据采集系统、压电式传感器、火焰传感器、同步控制系统和激光纹影测试系统,通过对比4种不同喷射压力（0.5,1.5,2.5,3.5 MPa）的实验工况,选用N2做为惰性介质时抑制火焰的传播特性与喷射压力密切相关,火焰传播速度随着喷射压力增加呈现先增加后减弱的趋势。研究结果表明:少量N2在管道中扩散,加剧了未反应预混气体的扰动状态,造成火焰阵面褶皱的卷吸能力增强,进而加速化学反应进程,促进预混气体燃烧;喷射压力为1.5 MPa时,火焰阵面拉升、变形最强,火焰传播速度提高,最高可达到250 m/s;喷射压力为3.5 MPa时,火焰阵面出现明显三维凹陷结构,运动发生明显滞后现象,火焰传播速度大幅度降低至5.4 m/s,惰性气体抑制火焰传播效果明显。     

小型管道中瓦斯爆炸火焰传播特性的实验研究

自行设计了内径88mm、壁厚6mm、总长1600mm、点火孔20mm的小型瓦斯爆炸实验管道,结构简单、操作方便,具有可观察性。采用高速摄录分析系统,对不同浓度瓦斯爆炸初期火焰传播特性进行了实验研究。结果表明:瓦斯爆炸初始阶段,火源引爆瓦斯到形成明显的、大强度的火焰传播的时间约为10~30ms;随着瓦斯浓度增大,爆炸感应期逐渐变短;瓦斯爆炸的火焰传播有一个突变过程,瓦斯浓度越大,达到突变的时间越短;当燃烧波在开始移动到5~10倍巷道宽度距离后,便开始明显加速,达到爆燃;当瓦斯爆炸火焰冲出管道时,爆炸火焰速度又一次加快。实验结果验证了该实验台研究瓦斯爆炸是可行的。