李玉艷，蔣榕培，李智鵬，徐 森，潘 峰，解立峰

（1. 南京理工大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京 210094；2. 國(guó)家民用爆破器材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江蘇 南京 210094；3. 北京航天實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究所，北京 100074）

C2H4/N2O 作為一種新型綠色單組元推進(jìn)劑，具有高比沖、低冰點(diǎn)、易貯存、推力系統(tǒng)簡(jiǎn)單等優(yōu)良性能，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注[1-3]。雖然其理化性質(zhì)穩(wěn)定，可于常溫下帶壓貯存，但在某些外界條件激發(fā)下仍會(huì)被點(diǎn)燃，瞬間釋放大量熱量和氣體，發(fā)生爆炸[4-5]；然而，當(dāng)它被點(diǎn)燃后，在火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中會(huì)沿管道發(fā)生回火，引發(fā)事故[6-8]。

目前關(guān)于C2H4/N2O 的研究已有文獻(xiàn)報(bào)道。Venkatesh 等[9-10]研究了高壓條件下C2H4/N2O 在不銹鋼合金管中的燃燒特性，并測(cè)量了C2H4/N2O 在高壓及長(zhǎng)徑比為68 的燃燒管中的爆轟速度、爆轟壓力和爆燃轉(zhuǎn)爆轟成長(zhǎng)距離。德國(guó)航空航天中心[11-12]對(duì)C2H4/N2O 單元復(fù)合推進(jìn)劑的點(diǎn)火、燃燒及傳熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)了適用于該推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)開(kāi)展了發(fā)動(dòng)機(jī)防回火研究。Zhang 等[13]建立了不同初始?jí)毫凸艿篱L(zhǎng)徑比條件下C2H4/N2O 預(yù)混氣體的爆轟行為，得到了爆速與初始?jí)毫?、管徑及C-J 爆轟速度等參數(shù)的關(guān)系。Movileanu 等[14]在初始?jí)毫?0～150 kPa，60% N2稀釋條件下，針對(duì)C2H4/N2O 在圓柱形管道中的爆炸壓力和壓力上升速率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到了最大爆炸壓力與初始?jí)毫Φ年P(guān)系。Powell 等[15]對(duì)不同壓力及當(dāng)量比時(shí)C2H4/N2O 的層流燃燒速度進(jìn)行了試驗(yàn)及模擬研究。李智鵬等[16]采用預(yù)混模塊得到了不同壓力和氧/燃比時(shí)C2H4/N2O 的層流火焰速度、火焰溫度和燃燒質(zhì)量流率變化規(guī)律。Newman-Lehman 等[17]對(duì)CH4/N2O 和C2H6/N2O 的火焰結(jié)構(gòu)和臨界淬熄條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明在變徑管道中N2O 比O2更容易使火焰熄滅。

本工作擬在常溫常壓下對(duì)C2H4/N2O 預(yù)混氣體的爆燃規(guī)律及火焰淬熄特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，利用高速攝影、壓力測(cè)試系統(tǒng)，采用不同尺寸的有機(jī)玻璃管和不銹鋼管，分析管徑、惰性氣體對(duì)火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊?；通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得預(yù)混氣體的爆速、爆壓、淬熄管徑等參數(shù)，探討不同湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣群凸軓綏l件下預(yù)混火焰在小尺寸管道中的傳播規(guī)律，為提高推進(jìn)劑安全性能及發(fā)動(dòng)機(jī)防回火設(shè)計(jì)提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)裝置主要由燃燒管道、高速攝像、配氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、壓力測(cè)試系統(tǒng)及同步控制系統(tǒng)組成。燃燒管道分為兩種：?jiǎn)我坏挠袡C(jī)玻璃燃燒管道和組合管道，其中有機(jī)玻璃燃燒管用于研究預(yù)混氣體的爆燃特性，組合管道用于研究預(yù)混火焰的淬熄特性。

有機(jī)玻璃管的尺寸如表1 所示。燃燒管C1、C2 和C3 的長(zhǎng)度均為1 400 mm，內(nèi)徑分別為5、10 和15 mm，壁厚均為5 mm。燃燒管C4 的長(zhǎng)度為2 000 mm，內(nèi)徑15 mm，點(diǎn)火端內(nèi)置長(zhǎng)300 mm的螺旋環(huán)，螺旋環(huán)的螺距為5 mm，外徑為15 mm；距離點(diǎn)火點(diǎn)100、400、600、800、1 000、1 200、1 400 和1 600 mm 處裝有壓力傳感器，分別標(biāo)記為P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7 和P8，傳感器截面剛好與玻璃管內(nèi)壁齊平；壓力傳感器型號(hào)為PCB-113B24，測(cè)量的最大誤差為2.3%；根據(jù)傳感器間隔距離和壓力波經(jīng)過(guò)傳感器的時(shí)刻，可計(jì)算沖擊波速度[18-19]。燃燒管C4 示意圖如圖1 所示。組合管道由不銹鋼細(xì)管和有機(jī)玻璃管組成，其中：不銹鋼細(xì)管長(zhǎng)度為1 000 mm，位于中間位置，兩端通過(guò)轉(zhuǎn)換接頭與有機(jī)玻璃管連接；前端玻璃管用于預(yù)混火焰加速，稱為加速管；后端玻璃管用于觀察火焰是否通過(guò)中間不銹鋼細(xì)管，稱為驗(yàn)證管。組合管道示意圖如圖2 所示。

表 1 有機(jī)玻璃管道尺寸Table 1 Geometrical characteristics of PMMA channels

圖 1 有機(jī)玻璃管C4 示意圖(單位：mm)Fig. 1 Schematic of the PMMA channel C4 (Unit：mm)

圖 2 組合管道示意圖(單位：mm)Fig. 2 Schematic of the combination channel (Unit：mm)

配氣時(shí)，通過(guò)高精度質(zhì)量流量計(jì)控制氣體質(zhì)量。采用堀場(chǎng)匯博隆精密儀器有限公司的S48 300HMT流量計(jì)，最大量程有500 mL/min 和200 mL/min 兩種規(guī)格，誤差為 ± 0.5%。配氣前，先將氣袋（10 L）抽至真空，再依次充入C2H4和N2O，充氣完畢后關(guān)閉氣袋閥門，靜置24 h，以便氣體混合均勻[20]。采用電阻絲點(diǎn)火，點(diǎn)火位置位于燃燒管一端，電阻絲直徑0.6 mm，長(zhǎng)100 mm，點(diǎn)火時(shí)通電電壓為20 V，功率為20 W。采用日本PHOTRON 公司的“FASTCAM”系列高速攝像機(jī)拍攝，拍攝速度為104幀每秒。

N2O、C2H4、CO2的純度均為99.99%，N2O/C2H4的質(zhì)量比為9∶1，接近化學(xué)當(dāng)量比，氧化劑略過(guò)量。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

充氣前將真空泵、氣袋和燃燒管道通過(guò)三通管道連接起來(lái)；在室溫下采用真空泵先將燃燒管道抽至真空，接著用預(yù)先配好的氣體（氣袋中的氣體）清洗管路3 次，然后將混合氣體充入燃燒管道中至壓力為0.1 MPa，關(guān)閉進(jìn)氣閥門；點(diǎn)火前通過(guò)同步控制系統(tǒng)將管道末端的電磁閥打開(kāi)，電磁閥打開(kāi)1 s 后接通點(diǎn)火電源，開(kāi)始點(diǎn)火，同時(shí)啟動(dòng)高速攝像和壓力測(cè)試系統(tǒng)，記錄數(shù)據(jù)。每種實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)試3 次。

2 結(jié)果與討論

2.1 管徑對(duì)火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊?/h3>

圖3 為火焰陣面?zhèn)鞑ニ俣入S時(shí)間的變化曲線，處理高速攝影圖像時(shí)以出現(xiàn)可見(jiàn)火焰作為零時(shí)刻。由圖3 可知：C1（5 mm）、C2（10 mm）和C3（15 mm）3 種管道中預(yù)混火焰從點(diǎn)火端傳播至末端的時(shí)間分別為1.2、1.4 和1.6 ms。點(diǎn)火初期（0～0.8 ms 階段），5 mm 管中火焰?zhèn)鞑ニ俣让黠@大于10 和15 mm管。5 mm 管中預(yù)混氣體被引燃之后，火焰?zhèn)鞑ニ俣乳_(kāi)始迅速增大，0.2 ms 時(shí)速度為250 m/s，0.4 ms 時(shí)已增至1 044 m/s，0.8 ms 時(shí)速度進(jìn)一步增至1 661 m/s；10 mm 管中，0.2～0.4 ms 時(shí)間段內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣染徛龃螅s為250 m/s，0.4～0.6 ms 時(shí)間段內(nèi)，火焰加速變快，0.6 ms 時(shí)速度增至約600 m/s，0.8 ms時(shí)火焰速度為1 541 m/s；15 mm 管中，0.2～0.8 ms 之間火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃缶徛?，速度?38 m/s 增至457 m/s，此階段預(yù)混氣體處于相對(duì)平穩(wěn)的燃燒階段。因此當(dāng)管徑大于臨界爆轟直徑時(shí)，管徑尺寸越大，點(diǎn)火初期同一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的火焰速度越小，與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果[21]相一致。同時(shí)，從圖3 可以看出，5、10 和15 mm 3 種管徑的管道中預(yù)混氣體火焰最大速度分別為1 871、2 021 和2 341 m/s，對(duì)應(yīng)的時(shí)刻分別為1.0、1.0 和1.2 ms。隨著管徑的增大，預(yù)混火焰?zhèn)鞑プ畲笏俣瘸尸F(xiàn)增大趨勢(shì)，這主要是因?yàn)楣軓皆叫?，熱損失越嚴(yán)重，爆轟速度越小。

圖4 為火焰加速度隨時(shí)間的變化曲線。由圖4 可知：點(diǎn)火后0～0.4 ms時(shí)間段內(nèi)，火焰加速度隨著管徑的增大依次減小。預(yù)混氣體被點(diǎn)燃后，5 mm 管中火焰加速度隨時(shí)間幾乎呈直線下降，0.2 ms 時(shí)加速度值最大，說(shuō)明5 mm 管中的預(yù)混氣體被點(diǎn)燃后很快進(jìn)入爆燃轉(zhuǎn)爆轟階段；10 和15 mm 管中火焰加速度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，點(diǎn)火初期（0～0.4 ms），10 和15 mm 管中氣體處于相對(duì)平穩(wěn)燃燒階段，火焰加速度較小，但后期隨著燃燒加劇，進(jìn)入爆燃轉(zhuǎn)爆轟階段后，火焰加速度明顯增大，超過(guò)5 mm 管中的加速度值，當(dāng)火焰速度接近該管徑的爆轟極限值時(shí)，加速速率開(kāi)始下降。

圖 3 不同管徑管道中火焰陣面?zhèn)鞑ニ俣入S時(shí)間變化曲線Fig. 3 Flame speed as a function of time in channels with various diameters

圖 4 不同管徑管道中火焰加速度隨時(shí)間的變化曲線Fig. 4 Flame acceleration as a function of time in channels with various diameters

綜上所述，點(diǎn)火初期火焰速度及加速度均隨管徑的增大而減小。主要是由于：火焰與管壁之間的黏性效應(yīng)促使火焰在管道中拉伸，形成經(jīng)典的“Tulip”火焰；初始階段火焰速度呈指數(shù)增長(zhǎng)，然后壓縮波對(duì)未反應(yīng)氣體進(jìn)行預(yù)熱，并與邊界層相互作用，使火焰進(jìn)一步加速；當(dāng)通道尺度變小時(shí)，黏性效應(yīng)加劇，邊界層與內(nèi)部火焰更容易產(chǎn)生速度梯度，火焰表面更容易產(chǎn)生褶皺，從而進(jìn)一步促進(jìn)“Tulip”火焰的形成[22-23]。研究表明：起爆首先發(fā)生在阻力較大的邊界層失穩(wěn)區(qū)，湍流效應(yīng)及漩渦運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)形成“Tulip”火焰的同時(shí)加快了燃燒反應(yīng)速率，尺寸越小，湍流加速形成的“Tulip”火焰越早，管內(nèi)溫度也越高，火焰加速速率越快[24-25]。因此，點(diǎn)火初期同一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的火焰速度和加速度均隨著管徑的增大而減小。

2.2 CO2 對(duì)火焰加速進(jìn)程的影響

圖5 為C1（5 mm）管中CO2稀釋前后火焰?zhèn)鞑ニ俣入S時(shí)間的變化曲線。結(jié)果表明：初始階段兩者差異較大，C2H4/N2O 體系點(diǎn)火后很快進(jìn)入爆燃轉(zhuǎn)爆轟階段，0.4 ms 時(shí)火焰已加速至1 044 m/s；對(duì)于C2H4/N2O/CO2體系，0～1.2 ms 階段火焰處于緩慢加速階段，1.2 ms 時(shí)火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?33 m/s。因此CO2明顯降低了初始階段火焰的加速速率，同時(shí)也降低了火焰在管道中的最大傳播速度，兩者的最大傳播速度分別為1 871 m/s 和1 781 m/s。研究表明：CO2作為稀釋劑時(shí)，熱力學(xué)效應(yīng)起主導(dǎo)作用，即CO2通過(guò)改變混合物的熱容，降低了火焰溫度和化學(xué)反應(yīng)速率，使得火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档蚚26]；同時(shí)CO2也參與了動(dòng)力學(xué)反應(yīng)[27-28]，反應(yīng)步驟可表示為C2H4/N2O 為自由基反應(yīng)，反應(yīng)步驟（1）為鏈引發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)步驟（2）和反應(yīng)步驟（3）為鏈傳遞過(guò)程，以上幾步基元反應(yīng)是消耗N2O 的主要反應(yīng)，該反應(yīng)步驟對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懞艽螅珻O2通過(guò)基元反應(yīng)（4）轉(zhuǎn)化為CO，減少了H 自由基與N2O 的反應(yīng)幾率，從而使主體化學(xué)反應(yīng)速率降低，預(yù)混氣體燃燒速率隨之降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣入S之減小[29]。

圖 5 C1 管中C2H4/N2O 和C2H4/N2O/CO2 的火焰?zhèn)鞑ニ俣入S時(shí)間變化曲線Fig. 5 Flame speed of C2H4/N2O and C2H4/N2O/CO2 as a function of time in the channel C1

2.3 爆速和爆壓

采用NASA 的CEA 化學(xué)平衡軟件[30]估算了N2O 與C2H4反應(yīng)的C-J 爆轟參數(shù)。若系統(tǒng)內(nèi)各組分的摩爾數(shù)沒(méi)有自發(fā)的變化趨勢(shì)，則稱為達(dá)到化學(xué)平衡。在質(zhì)量守恒的約束條件下，采用吉布斯自由能最小化為化學(xué)平衡判據(jù)，建立體系的化學(xué)平衡方程

則反應(yīng)物的C-J 爆轟速度（vCJ）為2 200 m/s，爆壓（pCJ）為3.90 MPa。

圖6 為C4 管中火焰陣面?zhèn)鞑ニ俣入S時(shí)間的變化曲線。點(diǎn)火后預(yù)混氣體經(jīng)歷了點(diǎn)火初期、爆燃轉(zhuǎn)爆轟、穩(wěn)定爆轟和爆轟衰減4 個(gè)階段，爆轟階段的平均爆速為2 207 m/s，理論C-J 爆速為2 200 m/s，實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算值基本一致，誤差為0.3%。點(diǎn)火初期，由于加速環(huán)的擾動(dòng)作用使得燃燒迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧魅紵S著湍流強(qiáng)度的增大，湍流氛圍內(nèi)較小的渦團(tuán)能量增強(qiáng)，促進(jìn)了火焰的正向拉伸，使得火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，同時(shí)在火焰前方形成一個(gè)高壓流場(chǎng)區(qū)域[31]，因此預(yù)混氣體在點(diǎn)火后很快進(jìn)入爆燃轉(zhuǎn)爆轟階段。螺旋環(huán)的加速過(guò)程遵循“熱點(diǎn)”機(jī)理，預(yù)混氣體被點(diǎn)燃后，壓縮波與障礙物相互作用產(chǎn)生局部熱點(diǎn)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，“熱點(diǎn)”逐漸演變?yōu)槲⒈Z，產(chǎn)生的局部爆轟越頻繁，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍酱骩5,32]。圖7 顯示了C4 管中壓力演變過(guò)程。由圖7 可知，100 mm 處壓力峰值已達(dá)到最大值6.46 MPa，400 mm 處壓力峰值下降至3.46 MPa，此時(shí)已形成典型的爆轟波形，預(yù)混氣體已完成爆燃轉(zhuǎn)爆轟過(guò)程，此后超壓峰值逐漸趨于穩(wěn)定。圖8 為不同位置壓力峰值變化曲線。由圖8 可知，在1 000～1 600 mm 區(qū)間內(nèi)，壓力峰值處于相對(duì)穩(wěn)定階段，波動(dòng)較小，平均壓力峰值為3.92 MPa，理論計(jì)算值為3.90 MPa，誤差為0.5%。

圖 6 管道C4 中火焰前端速度隨時(shí)間變化曲線Fig. 6 Flame speed as a function of time in the channel C4

圖 7 管道C4 中8 個(gè)壓力傳感器記錄的壓力曲線Fig. 7 Pressure profiles versus time obtained by eight pressure gauges in the channel C4

沖擊波和火焰?zhèn)鞑ニ俣入S位移的變化關(guān)系如圖9 所示。由圖9 可知：在100～1 000 mm 之間，沖擊波速度振蕩較大，總體上沖擊波速度大于火焰?zhèn)鞑ニ俣龋辉?00～400 mm 之間，沖擊波平均速度已上升至2 325 m/s，在此區(qū)間內(nèi)火焰最大速度約為1 500 m/s；在800～1 000 mm 之間，沖擊波速度達(dá)到最大值3 146 m/s。這是由于氣體爆燃屬于非理想爆炸，其爆炸能量不是瞬時(shí)釋放，氣體受熱膨脹產(chǎn)生前驅(qū)壓力波，其速度比火焰速度高得多，行進(jìn)在火焰陣面前方，火焰在壓縮過(guò)的未燃?xì)庵袀鞑ァＴ诒嫁D(zhuǎn)爆轟過(guò)程中前驅(qū)沖擊波陣面仍然行進(jìn)在火焰面的前方，但二者的間距在減小[33]。在1 000～1 600 mm 之間，沖擊波振蕩幅度變小，沖擊波平均速度與火焰速度基本保持一致，燃燒管內(nèi)形成穩(wěn)定爆轟，爆轟以2 149～2 461 m/s 向未燃區(qū)傳播，此區(qū)間內(nèi)沖擊波和火焰平均速度分別為2 277 和2 235 m/s，與C-J 理論爆轟速度的相對(duì)偏差分別為3.5%和1.6%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算基本一致。

圖 8 壓力峰值變化曲線Fig. 8 Plots of maximum overpressure obtained in the channel C4

圖 9 火焰?zhèn)鞑ニ俣?、沖擊波速度和C-J 速度曲線Fig. 9 Flame speed, shock wave velocity and C-J velocity curves

2.4 淬熄管徑

圖10 為組合管道中火焰?zhèn)鞑?shí)測(cè)圖像。右端為長(zhǎng)1 000 mm、內(nèi)徑15 mm 的有機(jī)玻璃加速管，中間為長(zhǎng)1 000 mm、內(nèi)徑1.2 mm 的不銹鋼燃燒管，左端為長(zhǎng)500 mm、內(nèi)徑15 mm 的有機(jī)玻璃驗(yàn)證管。從圖10 可知，該條件下火焰從右端燃燒管經(jīng)過(guò)中間的不銹鋼管道傳播至左端的驗(yàn)證管中。

圖 10 組合管道中火焰?zhèn)鞑?shí)測(cè)圖像Fig. 10 Image of the flame propagation in combination channels

圖 11 組合管道中預(yù)混火焰淬熄情況Fig. 11 Diagram of the flame behaviors in combination channels

圖11 為預(yù)混火焰在組合管道中的傳播情況，“×”表示火焰未通過(guò)中間不銹鋼管，“■”表示通過(guò)，l 表示點(diǎn)火端玻璃管長(zhǎng)度，d 表示中間不銹鋼管道內(nèi)徑。由圖11 可知，在本實(shí)驗(yàn)條件下，C2H4/N2O的淬火管徑（dq）為0.5 mm ＜ dq＜ 0.7 mm。當(dāng)d ＜0.5 mm 時(shí)，預(yù)混火焰均無(wú)法通過(guò)中間管道到達(dá)驗(yàn)證管；當(dāng)d 為1.2 和2.0 mm 時(shí)，火焰均可通過(guò)。由2.1 節(jié)可知，在大尺寸管道中，邊界效應(yīng)導(dǎo)致預(yù)混氣體火焰加速度隨管徑的減小而增大，但當(dāng)燃燒管道窄至微米級(jí)時(shí)，管徑越小，火焰越容易淬熄?；鹧姘l(fā)生淬熄主要由熱損失和火焰過(guò)度拉伸導(dǎo)致[34]。管徑越小，管道表面積與容積的比值越大，火焰通過(guò)管壁的熱損失越大，當(dāng)熱損失率大于燃燒反應(yīng)的放熱速率時(shí)，火焰熄滅[35]；過(guò)度拉伸使得火焰表面發(fā)生扭曲變形，大量未燃?xì)怏w進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，熱擴(kuò)散作用導(dǎo)致反應(yīng)區(qū)熱損失嚴(yán)重，火焰發(fā)生熄滅[36]。尤其在變徑管道中，火焰更容易因熱損失和火焰過(guò)度拉伸而淬熄[37]。

當(dāng)d = 0.7 mm，前端加速管l = 100 mm 時(shí)，驗(yàn)證管中未觀察到火焰，但當(dāng)l ≥ 500 mm 時(shí)，火焰均可通過(guò)不銹鋼管到達(dá)驗(yàn)證管，因此，增加前端加速管有利于火焰通過(guò)不銹鋼窄管，即淬熄管徑減小。圖12 為預(yù)混火焰在加速管中的傳播速度隨時(shí)間變化曲線。由圖12 可知，當(dāng)l 為100、500、1 000 和2 000 mm 時(shí)，火焰陣面到達(dá)不銹鋼管入口處的速度分別為303、671、2 204 和2 246 m/s。因此，對(duì)于湍流火焰來(lái)講，傳播速度越大，淬熄越困難。根據(jù)設(shè)計(jì)阻火器的經(jīng)驗(yàn)公式[6]

圖 12 加速管長(zhǎng)度不同時(shí)火焰?zhèn)鞑ニ俣入S時(shí)間變化曲線Fig. 12 Flame acceleration process as a function of time in accelerating channels with different lengths

式中：L 為淬熄管道長(zhǎng)度，cm；St為湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋琺·s-1；dq為淬熄管徑，cm。當(dāng)dq= 0.5 mm時(shí)，加速管中湍流火焰的最大速度為2 533 m/s，根據(jù)式（10）可得中間不銹鋼管長(zhǎng)度應(yīng)大于12.67 cm，才能使火焰完全熄滅；當(dāng)dq= 0.3 mm 時(shí)，L ＞ 4.56 cm。

3 結(jié) 論

（1）在大直徑半封閉有機(jī)玻璃管中，預(yù)混火焰經(jīng)歷了緩慢加速階段、爆燃轉(zhuǎn)爆轟階段和爆轟階段；點(diǎn)火初期，火焰速度和加速度隨著管徑的減小而增大，內(nèi)徑為5 mm 的管道中火焰加速最快，10 和15 mm 管道中火焰加速依次減小。CO2會(huì)明顯降低預(yù)混火焰的加速進(jìn)程和最大爆轟速度，在不改變推進(jìn)性能的前提下，加入CO2有利于提高預(yù)混氣體的安全性能。C2H4/N2O 的穩(wěn)定爆速為2 207 m/s，穩(wěn)定爆轟壓力為3.92 MPa，與理論計(jì)算值一致。

（2）實(shí)驗(yàn)得到常壓下預(yù)混氣體C2H4/N2O 在小直徑不銹鋼管中淬熄管徑為0.5 mm ＜ dq＜ 0.7 mm；湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍酱?，管徑越大，火焰淬熄越困難。同時(shí)依據(jù)淬熄管徑、湍流火焰速度和淬熄長(zhǎng)度的關(guān)系計(jì)算出防回火管道的長(zhǎng)度，為阻火器的設(shè)計(jì)提供參考。