z型管道中气体火焰传播规律的实验研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第l5卷第3期火灾科学VO1．15．No．32006年7月FIRESAFETYSCIENCEJu1．2006文章编号：1004—5309(2006)一011卜05z型管道中气体火焰传播规律的实验研究杨志，周凯元，谢立军，刘庚冉(中国科学技术大学力学与机械工程系，合肥230026)摘要：本文实验研究了丙烷／氧气／空气的当量比气体燃烧火焰通过两个9O。弯管形成的⋯z型管道的传播规律，通过改变第一个弯管前加速段的长度和改变气体浓度，实验研究了稳定爆轰波，非稳定爆轰波以及

2、爆燃火焰通过⋯z型管道的传播规律。利用光电传感器记录弯管前后的火焰传播速度，运用燃烧理论和爆轰波的理论对实验结果做了分析。结果表明：稳定爆轰波通过⋯z型管道时传播速度有明显的下降；但⋯z型管道对非稳定爆轰波的传播作用受到非稳定爆轰波自身速度的影响；爆燃火焰通过⋯z型管道时火焰传播速度的变化呈现不确定性。关键词：可燃气体火焰；爆轰；非稳定爆轰；爆燃；⋯z型管道中图分类号：0381文献标识码：A0引言波通过弯管时，由于弯管中受到凸壁侧产生的稀疏波与凹壁侧马赫和反射波的相互作用，经历了在输送可燃气体的管道系统中不可避

3、免的存爆轰波衰减，部分熄灭，重新引爆和恢复稳定四在许多弯曲管道，可燃气体的爆燃和爆轰在弯曲个过程。管道中传播时与其在直管道中传播相比，运动规律发生了显著变化。对于火焰在直管中的传播规本文分别对可燃气体稳定爆轰波，非稳定爆律问题已经有了较多的研究结果，但可燃气体的轰波，爆燃火焰通过“Z”型管道时传播速度的变爆燃或爆轰在弯曲管道中传播规律的研究还较化状况进行了实验研究，得到了其通过“Z”型管少。基于这个事实，在工业安全设计中各类管道道的三种传播规律。阻火器的使用方面很少考虑弯曲管道对火焰传播1实验装置速度的影响。本

4、文的研究结果可以为更合理更安全地设计、使用工业阻火器提供参考数据。图1，图2是实验装置示意图。实验在内径为EdwardsDH和ThomasGO等人”’研究了50mm的激波管中进行，并在管中部接入两个90。的气体爆轰波在90。弯管道中的传播特性，当爆轰波弯管构成“Z”型管道。在实验装置的弯管前后各设置了若干个光电传感器用以采集爆燃或爆轰火通过90。圆角弯管道时，产生了爆轰波的局部熄灭焰传播信息。火焰速度测量系统包括光电传感和再现，是弯管内复杂波系相互作用的结果，这一系列相互作用还导致弯管内局部压力的震荡变器、电荷

5、放大器及高速数据采集存储系统，光电传感器采集到的模拟电信号，经过电荷放大器再化。夏昌敬实验研究了可燃气体稳定爆轰波在输入高速数据存储系统进行记录分析。实验介质90。弯管中的变化规律。研究结果表明：稳定爆轰收稿日期：2006—03—20I修改日期：2006—06—27维普资讯http://www.cqvip.coml12火灾科学FIRESAFETYSCIENCE第l5卷第3期采用CH／o／Air的预混合气，CH与O(包括空7组(14个)，每一组传感器的中间位置离起爆端气中的O)的含量为化学当量比。加入少量O，是O

6、的距离如下表所示：为了提高火焰的运动速度。采用静态分压配气法L表示该点到起爆端O处的激波管中心线在混气罐中进行混合，这种方法比流量配气法程(含弯管)距离单位：m序复杂，但混合精度高，有效降低多次重复实验LALBLcLDLELFLG因配气成分偏差造成的实验误差。采用电火花点6．589．59．9l1．112．212．6火，名义点火能量可以在0～160焦耳之间调节。火花塞设在激波管端部，点火端封闭，另一端在实验气体CH／o／N中CH的浓度为4．4％，点火之前打开与大气相通，称为闭端点火。CH与O的含量按当量比配制。重

7、复多次实验得ABC到了火焰速度D与距离L的关系如图3所示，图中实线为多次实验的平均速度与距离的关系曲线，虚线为该燃气组分下直管道对比实验的速度与距离的关系曲线。由图3所示，点火后火焰在直管道中加速并在B点处达到2774．5m／s，由相应的直管道对比实验可知该燃气组分下稳定爆轰波波速为2700-2800m／s。由此说明在B点处已经形成稳定爆轰。图1稳定爆轰波通过“z”型管道实验装置图由于第一个弯管对气流的阻滞作用，使气体粒子造1．Sparkplug,2．Vacuumpump：3．Premixingtank；成拥塞

8、现象，爆轰波波度在第一个弯管前的C点处4．Flamevelocitysurveyinstrumen％5．shockwavetube：被衰减到2350m／s。爆轰火焰通过第一个弯管6．90。bend后，到达D点处时速度进一步下降到2l98m／s，速度下降幅度为6％，说明弯管起到衰减火焰速度的作AB用。从图3看出，第一个弯管段对爆轰波的抑制作用直到E点才结束，因为火焰达到该点时速度降低到1