李靜野，蔣新生，余彬彬，王春輝，王子拓

（中國(guó)人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院油料系，重慶 401331）

隨著我國(guó)石油化工技術(shù)的飛速發(fā)展，油料產(chǎn)品已經(jīng)滲透到社會(huì)的各行各業(yè)，在對(duì)油料的運(yùn)送、儲(chǔ)存及使用過程當(dāng)中，可能會(huì)由于人為的操作失誤或是設(shè)施設(shè)備的腐蝕損壞，導(dǎo)致油料泄漏并揮發(fā)形成涉油氣環(huán)境，該環(huán)境下若存在一定能量的點(diǎn)火源就可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故，該現(xiàn)象通常被稱為可燃蒸汽云爆炸（unconfined vapor cloud explosion）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來頻繁發(fā)生的油氣蒸汽云爆炸安全事故對(duì)人民的生命和財(cái)產(chǎn)構(gòu)成了巨大的威脅，而此類事故多為連環(huán)事故，而爆炸則占了57%事故的初始誘發(fā)原因。人們從20 紀(jì)50 年代起便開始了大量針對(duì)可燃?xì)庠票棘F(xiàn)象的研究，考慮到危害級(jí)別的優(yōu)先度，現(xiàn)有理論研究工況大多集中于受限空間而非開敞空間。實(shí)際上開敞空間蒸汽云爆炸是爆炸事故中較為普遍的形式，在石油化工、塑料、橡膠合成及天然氣行業(yè)的爆炸事故總數(shù)中所占比例分別達(dá)到了46%、42%和60%，因此以開敞空間作為可燃?xì)庠票▽?shí)驗(yàn)的研究工況在工業(yè)上具備一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。近年來人們?cè)趯?shí)驗(yàn)室條件下對(duì)于開敞空間的模擬通常是采用弱強(qiáng)度約束物來實(shí)現(xiàn)，達(dá)到既能夠防止氣體擴(kuò)散又能夠盡可能不對(duì)爆炸過程產(chǎn)生限制，也有不少研究人員將計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（computational fluid dynamics, CFD）中的計(jì)算域（Computational domain）引入到蒸汽云爆炸模型建立當(dāng)中，均獲得了不少成果。其中Lind 等在實(shí)驗(yàn)中證明了聚乙烯塑料薄膜在用于約束可燃?xì)庠频捏w積和形狀上能夠發(fā)揮良好的作用，在此基礎(chǔ)上通過改變?nèi)剂系姆N類、濃度、臺(tái)架尺寸以及內(nèi)部布置等工況來研究其爆燃規(guī)律。在臺(tái)架形狀方面，丁信偉等采用了半徑為0.5 m 的半球形臺(tái)架研究乙炔在空氣中的爆燃現(xiàn)象，構(gòu)建了可燃蒸汽云爆炸的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)確定了該氣體在空集中的爆炸極限范圍和最危險(xiǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；羅正鴻等采用了圓柱形臺(tái)架研究了乙炔在空氣中的爆燃現(xiàn)象，得出了臺(tái)架的形狀因子與爆炸超壓之間的耦合關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該臺(tái)架與半球形臺(tái)架相比氣體爆炸時(shí)的流場(chǎng)變化更加復(fù)雜；在可燃?xì)怏w類型和尺寸方面，Mercx 等將常見的可燃?xì)怏w（包括甲烷、乙炔、氫氣等）按照化學(xué)反應(yīng)活性分成了低、中、高3 個(gè)等級(jí)；Lv 等通過搭建LNG 罐區(qū)等比例縮小實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，采用FLACS 數(shù)值仿真手段擬合求出了可燃?xì)庠瓢霃脚c超壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系公式。

綜合而言，現(xiàn)階段針對(duì)開敞空間可燃?xì)怏w爆燃現(xiàn)象的研究主要集中在單組分氣體上，對(duì)于油氣等復(fù)雜混合物的成果相對(duì)較少；研究工況通常以受限空間為背景，針對(duì)敞開式空間的研究成果較少；且缺乏從可視化角度對(duì)爆燃現(xiàn)象的超壓與火焰?zhèn)鞑ブg耦合關(guān)系的研究?；诖耍疚囊詸C(jī)庫(kù)、洞庫(kù)等常見儲(chǔ)油場(chǎng)所為背景，自行設(shè)計(jì)并搭建不同尺寸的大尺度開敞空間不銹鋼實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，利用聚乙烯塑料薄膜在盡可能不影響爆燃過程的前提下約束可燃?xì)怏w擴(kuò)散，探究大尺度開敞空間油氣爆燃動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，以期為油料儲(chǔ)運(yùn)安全工程及防護(hù)設(shè)計(jì)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括鋼制臺(tái)架1、2，內(nèi)部尺寸分別為1 m×1 m×1 m 和2 m×5 m×1 m，如圖1 和圖2 所示。臺(tái)架1 尺寸較小，便于進(jìn)行油氣爆燃火焰形態(tài)的觀察；臺(tái)架2 具有較大的長(zhǎng)徑比，便于對(duì)爆燃傳播過程的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行采集。臺(tái)架四周采用聚乙烯塑料薄膜全方位覆蓋，可同時(shí)保證實(shí)驗(yàn)可視化和爆燃自由發(fā)展。為確保系統(tǒng)的氣密性，將透明膠帶固定于薄膜和臺(tái)架的交界處并將其壓緊。臺(tái)架金屬條上凹槽上的接口部件支持對(duì)壓力傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⒀h(huán)泵管道口、電子點(diǎn)火器等部件的連接。實(shí)驗(yàn)超壓與火焰強(qiáng)度采集設(shè)備采用了江蘇東華測(cè)試技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的DH8301 高性能動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析儀；點(diǎn)火裝置采用成都新辰廣電研究所生產(chǎn)的WGDH-5 高能無干擾點(diǎn)火器；混合氣體組分測(cè)定采用北京均方理化科技研究所生產(chǎn)的GXH-1050E 紅外線氣體分析儀；圖像采集采用了JVC GC-P100BAC 高速攝錄一體機(jī)，拍攝最大頻率為500 Hz。

圖1 爆燃火焰形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)架1#Fig. 1 Bench 1# for deflagration flame observation

圖2 爆燃參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)架2#Fig. 2 Bench 2# for deflagration parameter measurement

與臺(tái)架2相距10 m 處布置高德C 系列高性能紅外熱成像儀，可以以1 Hz 的頻率對(duì)爆燃發(fā)展過程進(jìn)行連拍，測(cè)量所拍圖片各處的溫度分布用于監(jiān)控整個(gè)臺(tái)架內(nèi)部的溫度變化。為確保數(shù)據(jù)采集相對(duì)準(zhǔn)確，在臺(tái)架中心布置一枚K 型熱電偶及其配套顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器，該熱電偶測(cè)量范圍以一個(gè)點(diǎn)為中心，后期數(shù)據(jù)處理過程中將以熱電偶值為依據(jù)，根據(jù)熱成像圖片對(duì)應(yīng)位置的溫度值退出整個(gè)測(cè)量范圍的溫度分布。在臺(tái)架外端分別布置三枚輻射測(cè)試儀，其中1 號(hào)輻射儀布置與距點(diǎn)火面橫向距離為3.75 m，縱向距離為1.5 m；2 號(hào)輻射儀與距點(diǎn)火面橫向距離為3.75 m、縱向距離為0.5 m；3 號(hào)輻射儀與距點(diǎn)火面橫向距離為1.25 m、縱向距離為0.5 m。實(shí)驗(yàn)用油為中石化92 號(hào)汽油。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 開敞空間油氣爆燃典型火焰形態(tài)觀察

實(shí)際工程中的開敞空間可能形成不同濃度分布的油氣環(huán)境，引發(fā)的燃爆模式及對(duì)空間內(nèi)部的損毀特點(diǎn)也不盡相同。根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，可初步將多次實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的所有火焰燃燒形態(tài)歸納為3 種典型模式，分別為無火的氣云灼燒、帶明火的油氣燃燒和帶壓縮波的油氣爆燃。本文將對(duì)三種模式從可視化角度上進(jìn)行基本分析，隨后在后續(xù)小節(jié)中重點(diǎn)研究第3 種模式的關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)火焰形態(tài)的觀測(cè)于1實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行。如圖1 所示，空間內(nèi)部的油氣采用了真空泵、閥門和管道組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)適合在體積較小的空間內(nèi)使用，能夠較理想地使空間形成純油氣環(huán)境。

圖3 展示了油氣在低濃度下的氣云灼燒過程（體積分?jǐn)?shù)=0.74%）。由圖3 可見，油氣經(jīng)脈沖點(diǎn)火后開始產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，約1.21 s 時(shí)可明顯觀測(cè)到內(nèi)部氣流開始對(duì)空間產(chǎn)生的擾動(dòng)，約1.72 s 時(shí)在氣流的高溫作用下薄膜開始損毀，直到約3.11 s 時(shí)氣流全部從薄膜破損處流出，反應(yīng)過程結(jié)束。整個(gè)灼燒過程的時(shí)間遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的受限空間油氣爆炸實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)初期以點(diǎn)火器為起始位置，燃燒產(chǎn)物開始向周圍擴(kuò)散膨脹，直至接觸到薄膜并使其發(fā)生應(yīng)變。據(jù)觀測(cè)結(jié)果，此時(shí)空間內(nèi)油氣雖然發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，但由于可燃?xì)怏w濃度較低并未形成明火，對(duì)薄膜造成破壞的原因主要為熔化而非沖擊。

圖3 氣云灼燒進(jìn)程Fig. 3 Burning process of gas cloud

低濃度下的燃燒產(chǎn)物氣云具有明顯的正上方運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，如圖4 所示，從反應(yīng)完畢的薄膜損壞程度上可以觀測(cè)到不同面上的受損程度，其中空間頂部最高，其次是點(diǎn)火面區(qū)域，最后是其余平面。該濃度下油氣空間遇到點(diǎn)火源雖不易產(chǎn)生明火，但產(chǎn)生的高溫氣云會(huì)灼燒空間內(nèi)部的設(shè)備或人員。

圖4 不同表面薄膜損毀程度Fig. 4 Damage degree of different surface films

圖5 展示了油氣經(jīng)電火花點(diǎn)燃后引發(fā)的明火燃燒過程（=1.02%）。由圖可見，點(diǎn)火瞬間（定為反應(yīng)起始處0.01 s）能夠觀測(cè)到亮藍(lán)色的電火花，隨后空間內(nèi)的油氣開始迅速與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，0.43 s 處觀測(cè)到反應(yīng)生成了橙色火焰。燃燒過程中首先從點(diǎn)火面開始，0.77 s 時(shí)火焰沖出左側(cè)薄膜，同時(shí)其他平面均受到了生成氣體的擠壓。隨著燃燒過程的進(jìn)行，0.94 s 處薄膜因火焰燃燒損毀，反應(yīng)于2 s 后結(jié)束，所耗時(shí)間略小于無明火工況，臺(tái)架頂部在破壞的瞬間依舊能夠觀測(cè)到明顯的上升氣流波動(dòng)。

圖5 油氣火焰燃燒進(jìn)程Fig. 5 Combustion process of gas flame

該濃度下的油氣燃燒意味著除去高溫氣云的破壞外，還可能會(huì)引燃空間內(nèi)部的易燃設(shè)施從而造成火災(zāi)隱患，但在此濃度下的化學(xué)反應(yīng)仍處于以燃燒為主的碳?xì)浠衔锓纸膺^程，而非由原子核之間的碰撞引發(fā)的爆燃現(xiàn)象，因此空間內(nèi)部并未采集到有效壓力信號(hào)。

圖6 展示了高油氣濃度工況的爆燃火焰發(fā)展特性（=1.26%），該工況下預(yù)混油氣經(jīng)電火花點(diǎn)燃后形成了典型的油氣爆燃模式，根據(jù)火焰結(jié)構(gòu)與壓力波的理論，當(dāng)高濃度預(yù)混氣體被點(diǎn)燃后，以點(diǎn)火源為中心，火焰沿各方向向未燃?xì)怏w傳播，火焰表面積迅速增大，而在火焰面預(yù)混氣體的反應(yīng)過程中大量熱量的放出導(dǎo)致火焰面前方未燃?xì)怏w被壓縮，逐漸形成各向的壓縮波。該過程具備以下特征：與燃燒工況類似，該工況下能清晰觀測(cè)到點(diǎn)火器通電瞬間產(chǎn)生的藍(lán)色火花，隨后在空間內(nèi)部產(chǎn)生向前發(fā)展外圍球形狀的光滑面藍(lán)色火焰面，其內(nèi)部則是正在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)燃燒的火焰區(qū)。

圖6 典型開敞空間油氣爆燃進(jìn)程Fig. 6 Deflagration process of gasoline in typical unconfined space

由圖6 可見，點(diǎn)火器引燃預(yù)混氣體后，火焰鋒面在不受軸向和徑向約束下以1/4 球形逐層向外傳播，隨后點(diǎn)火面最先開始承受超壓而產(chǎn)生了應(yīng)變，由于薄膜尚未破裂，空間內(nèi)部氧氣不足，油氣燃燒不完全，火焰形態(tài)主要由藍(lán)色光滑球面與橙色核心組成；點(diǎn)火面處薄膜受到灼燒而損毀后外部氧氣迅速進(jìn)入，該處呈現(xiàn)高湍流度的橙色火焰，并與前方藍(lán)色球形鋒面之間存在交界線，其中橙色火焰沖擊點(diǎn)火面方向，藍(lán)色火焰沖擊頂端；爆燃過程后期空間內(nèi)主要為“反L”形橙色湍流火焰，四周薄膜全部破壞后逐漸熄滅潰散。

2.2 典型開敞空間油氣爆燃參數(shù)演變特征研究

根據(jù)2.1 節(jié)的主要結(jié)論，常見的涉油氣空間火焰燃燒形式主要有3 種，其中前2 種在實(shí)際工程中造成的損害主要為高溫氣云灼燒以及普通的著火反應(yīng)，未產(chǎn)生明顯超壓。本節(jié)將對(duì)油氣爆燃過程的關(guān)鍵參數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行研究，為便于觀察火焰?zhèn)鞑ミ^程，采用了大長(zhǎng)徑比的臺(tái)架2 來進(jìn)行下階段實(shí)驗(yàn)。本階段實(shí)驗(yàn)油氣環(huán)境的形成采用了殘油揮發(fā)式，通過循環(huán)泵使臺(tái)架首位兩端氣體循環(huán)流動(dòng)，揮發(fā)出油料中的輕烴組分，待濃度穩(wěn)定時(shí)記錄并同時(shí)記錄初始油量。

2.2.1 油氣爆燃超壓動(dòng)態(tài)時(shí)序發(fā)展過程研究

油氣爆燃的本質(zhì)源于油氣中所含有的可燃組分，其中超壓（Δ）是表征氣體爆燃荷載的主要物理參數(shù)，也是評(píng)估氣體爆燃災(zāi)害程度的核心參數(shù)之一。根據(jù)歐洲泄爆規(guī)范NFPA68，超壓峰值能夠相對(duì)客觀地衡量可燃?xì)怏w爆炸泄爆過程中的爆炸強(qiáng)度，能直接體現(xiàn)出爆炸導(dǎo)致的破壞大小。本文在對(duì)油氣爆燃過程超壓采集上，采用了爆燃指數(shù)作為爆燃損害的評(píng)估參數(shù)。爆燃指數(shù)主要由升壓速率決定，主要有爆炸威力指數(shù)（）和最大爆炸指數(shù)（）：

根據(jù)臺(tái)架1 上的觀察規(guī)律，開敞空間油氣爆燃現(xiàn)象的火焰呈現(xiàn)明顯的“反L”形，因此可以認(rèn)為油氣經(jīng)引燃后的火焰主要分布于空間正上方及點(diǎn)火面后方，因此本文將對(duì)上述區(qū)域的壓力隨時(shí)間分布情況作進(jìn)一步研究。實(shí)驗(yàn)的傳感器布置方案主要包括內(nèi)場(chǎng)部分、外場(chǎng)部分以及高位部分，每個(gè)部分共安裝4 枚壓力傳感器，如圖7 所示。

圖7 壓力傳感器布置方案Fig. 7 Layout plan of pressure sensors

表1 給出了典型工況下（點(diǎn)火器位于臺(tái)架底端中心，泄漏汽油為2 L，環(huán)境溫度為16 ℃時(shí)對(duì)應(yīng)=1.34%）開敞空間油氣爆燃內(nèi)場(chǎng)的超壓參數(shù)；圖8 展示了在對(duì)應(yīng)的時(shí)序曲線；圖9 展示了每個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的火焰?zhèn)鞑バ螒B(tài)?？梢钥闯雠c傳統(tǒng)的受限空間氣體爆燃實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不同，開敞空間中同次實(shí)驗(yàn)中不同采集點(diǎn)的曲線區(qū)別不僅僅體現(xiàn)在峰值大小而是曲線的整體趨勢(shì)。結(jié)合文獻(xiàn)[28]對(duì)受限空間油氣爆炸的階段劃分規(guī)則，本文將開敞空間油氣爆燃過程劃分為以下3 個(gè)子階段。

表1 爆燃內(nèi)場(chǎng)超壓參數(shù)特征Table 1 Internal overpressure parameter characteristics during deflagration

圖8 爆燃內(nèi)場(chǎng)超壓時(shí)序曲線Fig. 8 Internal overpressure-time profiles during deflagration

圖9 爆燃內(nèi)場(chǎng)不同峰值對(duì)應(yīng)時(shí)刻的火焰形態(tài)Fig. 9 Internal flame morphology corresponding to different peak values

（1）穩(wěn)定傳播階段（0～0.51 s）。壓力波和火焰封面尚未對(duì)薄膜邊界進(jìn)行沖擊和灼燒，薄膜完整且持續(xù)時(shí)間較短，可簡(jiǎn)化為定容過程，產(chǎn)生的超壓變化近似符合理想氣體狀態(tài)方程：

式中：、、為壓力、反應(yīng)物的物質(zhì)的量和溫度，下角標(biāo)0 代表常溫狀態(tài)。

穩(wěn)定傳播階段結(jié)束前空間內(nèi)外場(chǎng)尚未開始質(zhì)量交換，燃燒反映導(dǎo)致了溫度的升高及壓力的升高，二者共同作用下點(diǎn)火面薄膜率先破裂。位于點(diǎn)火面處的1 號(hào)采集點(diǎn)從點(diǎn)火開始便出現(xiàn)小幅度積壓態(tài)勢(shì)一直持續(xù)至0.488 s 處，隨后由于點(diǎn)火面薄膜破裂帶來的劇烈擾動(dòng)開始出現(xiàn)超壓振蕩，于0.875 s 時(shí)刻達(dá)到了最高1.276 kPa；距點(diǎn)火面1.67 m 處的2 號(hào)采集點(diǎn)則積壓至0.433 kPa，隨后壓力由于泄放作用迅速上升；距離點(diǎn)火面3.33 m 和5 m 處的3、4 號(hào)采集點(diǎn)均形成破膜壓力峰值0.183、0.033 kPa。此時(shí)火焰主要由藍(lán)色半球形封面和內(nèi)部橙黃色蘑菇狀火星構(gòu)成。

（2）火焰泄放階段（0.51～2.62 s）?；鹧姘l(fā)展為具有明顯分界線的亮藍(lán)色與橙黃色，由于點(diǎn)火面的破壞使壓力迅速泄放，使距離其較近的1、2 號(hào)采集點(diǎn)產(chǎn)生了小幅度振蕩，分別持續(xù)了0.617 s 和0.836 s 并形成了多個(gè)正負(fù)超壓峰值，爆燃?jí)嚎s波在經(jīng)過某一區(qū)域后周圍的空氣或者介質(zhì)未能及時(shí)補(bǔ)充，尤其是位于點(diǎn)火面的1 號(hào)采集點(diǎn)處于多面敞開狀態(tài)，更易形成負(fù)壓。以超壓峰值最高的2 號(hào)采集點(diǎn)為參照，其中Δ為薄膜破裂后的積壓產(chǎn)生（0.433 kPa，耗時(shí)0.329 s）；Δ主要源于火焰泄放產(chǎn)生的湍流效應(yīng)（1.257 kPa，耗時(shí)0.174 s）； Δ達(dá)到了最高峰值，主要為外部爆燃導(dǎo)致（1.447 kPa，耗時(shí)0.214 s）。其中由于內(nèi)場(chǎng)的振蕩與外部爆燃現(xiàn)象存在一定的隨機(jī)性，其檢測(cè)值與實(shí)驗(yàn)環(huán)境工況、內(nèi)場(chǎng)油氣揮發(fā)狀態(tài)密切相關(guān)，因此 Δ、Δ的大小與形成時(shí)間因?qū)嶒?yàn)次數(shù)而異，形成的峰值也具有不穩(wěn)定性，可能形成多次振蕩。值得注意的是，1 號(hào)采集點(diǎn)雖然超壓絕對(duì)值小于2 號(hào)，但由于其振蕩較為劇烈，形成峰值用時(shí)極短，因此其對(duì)應(yīng)區(qū)域危險(xiǎn)度可能更高。

（3）燃燒潰散階段（2.62 s 之后）。臺(tái)架中后部（2、3、4 號(hào)采集點(diǎn)）產(chǎn)生了火焰加速峰值 Δ，大小分別為0.609、0.399、0.083 kPa（形成峰值耗時(shí)分別為0.052、0.928、0.358 s），該峰值產(chǎn)生于亮藍(lán)色火焰之間徹底消失時(shí)刻附近，火焰形態(tài)于該時(shí)刻處發(fā)生了轉(zhuǎn)變并于臺(tái)架3/4 位置處有一個(gè)小幅度加速過程，該波峰的產(chǎn)生同樣具有隨機(jī)性。位于臺(tái)架點(diǎn)火端處的1 號(hào)采集點(diǎn)未能有效捕捉到壓力變化，而后的2、3 號(hào)采集曲線則相對(duì)明顯，位于末端的4 號(hào)采集點(diǎn)對(duì)此壓力變化的反應(yīng)較為敏感，但峰值絕對(duì)值相對(duì)較低。隨后臺(tái)架內(nèi)剩余部分殘火燃燒直至熄滅，內(nèi)外流場(chǎng)逐漸趨于穩(wěn)定。

表2 為典型工況下開敞空間油氣爆燃外場(chǎng)的超壓特征；圖10 為對(duì)應(yīng)的超壓時(shí)序曲線；圖11 為每個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的火焰?zhèn)鞑バ螒B(tài)。從圖10 和圖11 中可以看出，與內(nèi)場(chǎng)超壓曲線相比，外場(chǎng)超壓動(dòng)態(tài)時(shí)序演變過程較為單調(diào)。以峰值最高的3 號(hào)采集點(diǎn)為參照，開敞空間外部超壓變化主要由3 個(gè)階段構(gòu)成：分別為相對(duì)靜止階段（0～0.303 s）、火焰泄放階段（0.468～0.957s）、燃燒潰散階段（0.957 s 之后）。整個(gè)過程包含兩個(gè)超壓峰值：破膜泄流峰值 Δ和外部爆燃峰值 Δ。相對(duì)靜止階段期間，空間內(nèi)場(chǎng)處于穩(wěn)定傳播階段，薄膜破裂前限制了流場(chǎng)的對(duì)外傳播，因此外場(chǎng)傳感器未能產(chǎn)生超壓。薄膜受到高溫沖擊破裂后累積的對(duì)外壓力釋放以及“反L”形火焰運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)共同作用在了傳感器上形成了 Δ；隨后受到泄放慣性引發(fā)的負(fù)壓膨脹波影響產(chǎn)生了負(fù)壓峰值；受流場(chǎng)擾動(dòng)而泄放至外場(chǎng)的油氣混合物經(jīng)火焰射流引燃后會(huì)進(jìn)一步燃燒，使壓力快速回升形成外部爆燃峰值 Δ，之后外場(chǎng)爆燃逐漸減緩泄放的油氣也消耗殆盡，壓力恢復(fù)至常態(tài)。需要注意的是，外部爆燃并不是單次的爆炸而是一個(gè)系列的化學(xué)反應(yīng)，因此距離點(diǎn)火面最近的3 號(hào)采集點(diǎn)在形成 Δ后仍然受到了外部爆燃的持續(xù)沖擊，而距離較遠(yuǎn)的4 號(hào)采集點(diǎn)以及徑向布置的1、2 號(hào)采集點(diǎn)對(duì)此反應(yīng)并不明顯。綜合分析，開敞空間油氣爆燃對(duì)外場(chǎng)影響主要集中在近點(diǎn)火面及其軸向位置，徑向位置超壓曲線起伏相對(duì)平緩。

圖10 爆燃外場(chǎng)超壓時(shí)序曲線Fig. 10 External overpressure-time profiles during deflagration

圖11 爆燃外場(chǎng)不同峰值對(duì)應(yīng)時(shí)刻的火焰形態(tài)Fig. 11 External flame morphology corresponding to different peak values

表2 爆燃外場(chǎng)超壓參數(shù)特征Table 2 External overpressure parameter characteristics during deflagration

表3 為典型工況下開敞空間油氣爆燃高位的超壓參數(shù)；圖12 為對(duì)應(yīng)的超壓時(shí)序曲線；圖13 為每個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的火焰?zhèn)鞑バ螒B(tài)?？梢钥闯?，與外場(chǎng)曲線相似，穩(wěn)定傳播階段結(jié)尾處的破膜泄流峰值 Δ被近空間頂部（0.2 m）的3 個(gè)采集點(diǎn)依次捕捉到，峰值大小分別為0.660、0.568、0.353 kPa，三者在經(jīng)歷了負(fù)壓膨脹波后由于同樣的外部一系列爆燃形成了主要峰值 Δ以及后續(xù)的余波峰值。靠近點(diǎn)火端的1 號(hào)采集點(diǎn)以及距離空間頂面的4 號(hào)采集點(diǎn)曲線相對(duì)平滑，而處于火焰主要加速段的2 號(hào)和3 號(hào)采集點(diǎn)由于受到火焰以及渦流的影響導(dǎo)致壓力的波動(dòng)較大。4 號(hào)采集點(diǎn)距離臺(tái)架頂部較遠(yuǎn)，因此產(chǎn)生兩個(gè)峰值的時(shí)間節(jié)點(diǎn)相對(duì)靠后，但峰值更高，分別超過另外3 個(gè)采集點(diǎn)201.6%、227.1%、322.7%?？梢钥闯霰籍a(chǎn)生的反“L”型火焰的上半部分帶來的流場(chǎng)擾動(dòng)較為復(fù)雜，產(chǎn)生的氣流渦團(tuán)使空間垂直偏上位置形成了高壓區(qū)。燃燒潰散階段位4 個(gè)采集點(diǎn)均逐漸恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)，未能形成火焰速度變化導(dǎo)致的 Δ，由此可以判斷火焰的加速主要作用于臺(tái)架內(nèi)部而非正上方，在實(shí)際工程中對(duì)爆燃事故的研究需要注意該特征。

表3 爆燃高位超壓參數(shù)特征Table 3 High ground overpressure parameter characteristics during deflagration

圖12 爆燃高位超壓時(shí)序曲線Fig. 12 High ground overpressure-time profiles during deflagration

圖13 爆燃高位不同峰值對(duì)應(yīng)時(shí)刻的火焰形態(tài)Fig. 13 High ground flame morphology corresponding to different peak values

總體而言，大尺度開敞空間的爆燃過程在空間的不同區(qū)域內(nèi)造成的危害效果具有特定規(guī)律。其中爆燃沖擊最強(qiáng)的區(qū)域?yàn)榭臻g正上方，這點(diǎn)與灼燒模式下的薄膜損毀程度有相似之處，從側(cè)面證明了空間上方的危險(xiǎn)程度；其次為空間的內(nèi)部區(qū)域，主要體現(xiàn)在空間的中部靠前部位；最后為點(diǎn)火面正后方。結(jié)合反“L”形的火焰形態(tài)及灼燒模式下的薄膜損毀情況可以判斷出，點(diǎn)火面處的危險(xiǎn)源主要來自于火焰帶來的熱流和高溫，爆燃的沖擊效應(yīng)并非占主導(dǎo)地位。同時(shí)，需要注意到三個(gè)主要區(qū)域內(nèi)的超壓與爆炸威力指數(shù)具有明顯差異的地方，分別是點(diǎn)火面?zhèn)让鎱^(qū)域、點(diǎn)火面的正中央?yún)^(qū)域和正上方中央?yún)^(qū)域。點(diǎn)火端為化學(xué)反應(yīng)的起始處，易產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；同樣，產(chǎn)生振蕩的還有臺(tái)架中央正上方區(qū)域，由火焰發(fā)展過程可以看出，臺(tái)架中心附近處產(chǎn)生的火焰離地面的垂直距離最高，此時(shí)恰好也是內(nèi)場(chǎng)超壓的峰值，屬于化學(xué)反應(yīng)較為劇烈的區(qū)域，產(chǎn)生的擾動(dòng)也使頂端附近形成了振蕩，而在上方形成了高壓區(qū)。根據(jù)上述結(jié)論，振蕩現(xiàn)象對(duì)爆炸威力指數(shù)有著明顯的促進(jìn)作用，該效果由于在極短時(shí)間內(nèi)形成了數(shù)個(gè)超壓峰值，雖然絕對(duì)大小但仍有可能對(duì)空間內(nèi)部的人員和物資造成嚴(yán)重的破壞。

2.2.2 初始油氣體積濃度對(duì)爆燃超壓峰值的影響

決定油氣爆燃強(qiáng)度的一個(gè)重要環(huán)境因素便是初始油氣濃度，該濃度主要取決于油料泄漏擴(kuò)散進(jìn)程。本文測(cè)試了5 種不同初始油料泄漏體積（1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 L），每次實(shí)驗(yàn)前將等待點(diǎn)火源附近的油氣濃度逐漸穩(wěn)定并記錄。實(shí)驗(yàn)將以內(nèi)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中的2 號(hào)采集點(diǎn)最大超壓峰值為參照。根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初始油量為1.25L 時(shí)進(jìn)行的4 次爆燃實(shí)驗(yàn)僅有1 次成功，初始油量為1 L 時(shí)已經(jīng)無法點(diǎn)燃，因此本文認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)條件下（環(huán)境溫度為16～19 ℃，環(huán)境濕度為44%～59%）初始油量為1.25 L 時(shí)（油料空間體積比為1∶8000）輕質(zhì)組分充分揮發(fā)形成的油氣環(huán)境處于油氣爆炸下限附近。

表4 和圖14 為不同濃度下超壓峰值和達(dá)到該峰值耗時(shí)的分布情況，可以看出二者變化都具有一致性，但分布規(guī)律相反。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，初始?xì)堄土繛?.5 L 時(shí)能夠形成最大超壓峰值。若繼續(xù)加大油量，導(dǎo)致空間內(nèi)部的氧含量相對(duì)不足，汽油蒸汽處于不完全燃燒狀態(tài)，因此燃燒速度再一次降低，超壓峰值也隨之降低。二者均已2.5 L（1.68%）為分界線，考慮到二者的分布特性和擬合式的可行度，本文選用三次多項(xiàng)式關(guān)系描述其規(guī)律：

表4 不同油氣濃度下超壓峰值和到達(dá)峰值耗時(shí)分布Table 4 Overpressure peaks & time to reach peaks under different concentrations

圖14 不同油氣濃度下超壓峰值和到達(dá)峰值耗時(shí)分布Fig. 14 Overpressure peaks & time to reach peaks under different concentrations

式中：Δ的單位為kPa，的單位為s，的單位為%。

學(xué)者們通常將油氣爆燃產(chǎn)生最高超壓所對(duì)應(yīng)的濃度稱為“危險(xiǎn)濃度”，其中在不同的實(shí)驗(yàn)工況下最危險(xiǎn)濃度的值具有一定差異，本文在油料泄漏量為2.5 L 時(shí)（對(duì)應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定濃度為1.68%）達(dá)到了超壓最高值，即是在常溫（16 ℃）下泄漏量與空間體積比為1∶4000 時(shí)可以將其定義為“最危險(xiǎn)體積比”，意為該體積比下油料的輕質(zhì)成分揮發(fā)后形成的油氣濃度最易接近“危險(xiǎn)濃度”，根據(jù)該比例可對(duì)實(shí)體存油空間內(nèi)的儲(chǔ)存油量與風(fēng)險(xiǎn)作出評(píng)估。

2.2.3 開敞空間火焰?zhèn)鞑ヌ卣鲄?shù)分析

火焰形態(tài)作為爆燃空間流場(chǎng)變化的一種直觀體現(xiàn)，主要表現(xiàn)在火焰鋒面的褶皺程度。根據(jù)火焰形態(tài)可以大致推測(cè)出火焰鋒面與空間內(nèi)未燃?xì)怏w的反應(yīng)程度，最終體現(xiàn)在爆燃的劇烈程度和發(fā)展趨勢(shì)，在前期的觀察實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)對(duì)爆燃過程的火焰?zhèn)鞑バ螒B(tài)進(jìn)行了分析，這里主要對(duì)傳播過程的具體參數(shù)進(jìn)行采集?；鹧嫠俣茸鳛榛鹧嫘袨榉治龅闹匾獏?shù)之一，高速傳播的火焰能夠?qū)е螺^大強(qiáng)度的壓縮波，從而產(chǎn)生更大的超壓。火焰速度通常采用對(duì)爆燃過程的照片進(jìn)行測(cè)量求得，為相鄰幀的圖片火焰封面位置間距與時(shí)間的比值：

式中：為火焰?zhèn)鞑ニ俾?；為火焰鋒面距離點(diǎn)火端的距離；為幀與幀之間的時(shí)間差；為幀數(shù)。其中本實(shí)驗(yàn)采用的JVC GC-P100BAC 高速攝錄一體機(jī)幀率最高設(shè)置為500 s，即：t-t=500 s。

由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)架規(guī)模較大，火焰?zhèn)鞑コ拭黠@的二維態(tài)勢(shì)，火焰主要由前方的藍(lán)色火焰和后方的黃色火焰構(gòu)成，且鋒面并非與臺(tái)架橫軸垂直的對(duì)稱態(tài)，為便于記錄，本次實(shí)驗(yàn)將統(tǒng)計(jì)亮藍(lán)色與橙黃色兩種火焰鋒面的實(shí)時(shí)位置，并將其求導(dǎo)得出對(duì)應(yīng)速度。

圖15 為油氣爆燃火焰?zhèn)鞑ニ俣入S時(shí)間的變化情況；圖16 為3 個(gè)時(shí)刻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的火焰?zhèn)鞑バ螒B(tài)?？梢钥闯觯涸诒挤€(wěn)定傳播期間（0～0.51 s），薄膜破壞前的火焰為層流燃燒，速度相對(duì)穩(wěn)定；火焰泄放階段期間（0.51～2.62 s），由于外界因素干擾導(dǎo)致火焰速度出現(xiàn)了波動(dòng)并且形成了數(shù)個(gè)峰值，薄膜破裂的憋壓釋放使火焰快速泄流加速運(yùn)動(dòng)，兩種火焰分別形成了峰值（藍(lán)色2.87 m/s、橙色2.44 m/s）；油氣在臺(tái)架外部的爆燃使火焰第二次加速并形成了峰值（藍(lán)色1.81 m/s、橙色1.47 m/s）；隨著爆燃過程的繼續(xù)，亮藍(lán)色火焰接近臺(tái)架末端時(shí)速度變緩，橙黃色火焰行進(jìn)至同位置后停止，此時(shí)臺(tái)架內(nèi)部剩余零星殘留火焰燃燒直至熄滅。從圖15 和圖16 中還可以注意到，爆燃超壓產(chǎn)生峰值 Δ和Δ的時(shí)間節(jié)點(diǎn)正是藍(lán)色火焰第一個(gè)速度峰值節(jié)點(diǎn)的兩端附近（0.73 s、1.18 s），也證實(shí)了火焰波的發(fā)展對(duì)爆燃?jí)毫Σǖ男纬梢约皞鞑テ鸬降恼答仚C(jī)制。

圖15 火焰?zhèn)鞑ニ俣龋? L, φ =1.34%）Fig. 15 Flame propagation velocity(2 L, φ =1.34%)

圖16 三個(gè)時(shí)刻點(diǎn)對(duì)應(yīng)火焰?zhèn)鞑バ螒B(tài)Fig. 16 Three moments corresponding to the flame propagation pattern

火焰強(qiáng)度代表了火焰燃燒產(chǎn)生的光強(qiáng)度，可通過其判斷火焰的燃燒劇烈程度，在整體超壓相對(duì)偏低的開敞環(huán)境中是一個(gè)衡量環(huán)境危險(xiǎn)性的重要參數(shù)。爆燃火焰強(qiáng)度采用四枚火焰?zhèn)鞲衅?，布置方案與壓力傳感器內(nèi)場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一致，分別位于距點(diǎn)火端0、1.67、3.33、5 m 處。

圖17 為油氣爆燃過程中火焰強(qiáng)度（采用火焰?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)給出的電壓信號(hào)強(qiáng)度作為表征）隨時(shí)間的變化關(guān)系；圖18 為4 個(gè)時(shí)刻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的火焰?zhèn)鞑バ螒B(tài)?？梢钥闯?，開敞空間油氣爆燃的超壓階段性特征在火焰強(qiáng)度上仍有一定的體現(xiàn)，但與超壓變化規(guī)律有所區(qū)別。穩(wěn)定傳播階段火焰主要呈亮藍(lán)色，強(qiáng)度較弱；隨后亮藍(lán)色鋒面表面逐漸開始呈網(wǎng)狀包隔態(tài)并傳播至2 號(hào)采集點(diǎn)處，橙黃色火焰緊隨其后，2 號(hào)采集點(diǎn)的火焰強(qiáng)度信號(hào)隨著時(shí)間呈遞增狀態(tài)，于2.48 s 處達(dá)到峰值4754.53 mV，此時(shí)該點(diǎn)對(duì)應(yīng)燃燒強(qiáng)度最為劇烈；相同時(shí)刻亮藍(lán)色火焰鋒面?zhèn)髦? 號(hào)采集點(diǎn)，隨后的橙黃色火焰使其信號(hào)峰值迅速增加（增長(zhǎng)率為17773.59 mV/s），并于2.96 s 處達(dá)到峰值4816.03 mV；火焰?zhèn)鞑ブ僚_(tái)架末端時(shí)，僅存在少量殘火燃燒，4 號(hào)采集點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度較低，于3.30 s處達(dá)到峰值355.77 mV 后逐漸趨于穩(wěn)定。分析可得，開敞空間的火焰?zhèn)鞑ギa(chǎn)生的火焰最高強(qiáng)度主要集中在中段位置，點(diǎn)火端主要由于初期的亮藍(lán)色火焰特征以及點(diǎn)火面快速泄放，臺(tái)架末端由于火焰?zhèn)鞑ミ^程的整體泄放以及傳播過程的能量損失，二者均無法達(dá)到較高的燃燒熱能。

圖17 火焰強(qiáng)度發(fā)展過程（2 L, φ =1.34%）Fig. 17 Flame intensity-time profiles during deflagration (2L, φ =1.34%)

圖18 四個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)火焰?zhèn)鞑バ螒B(tài)Fig. 18 Four moments correspond to the flame propagation pattern

爆燃火焰在不同初始汽油泄漏量工況下呈現(xiàn)出來的具體顏色也有所差別，如圖19 所示。表5 對(duì)上述不同特征做了對(duì)比。

圖19 不同初始油氣濃度下火焰顏色特征Fig. 19 The flame color under different concentrations

表5 不同初始油氣濃度下火焰顏色特征Table 5 The flame color under different concentrations

可以看出，初始油氣濃度不同對(duì)火焰的初始形態(tài)有顯著的影響，尤其是1.67%以上火焰初始態(tài)的亮度明顯更大，造成其形態(tài)差異的原因主要有以下兩點(diǎn)：

（1）初始油氣濃度不同導(dǎo)致了油氣在點(diǎn)燃后的化學(xué)反應(yīng)速率不同，火焰鋒面的光滑度有所區(qū)別；

（2）油氣主要由汽油中的輕質(zhì)烴類構(gòu)成，烴類物質(zhì)燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生可視化的輻射效應(yīng)；初始油氣濃度較低時(shí)，氧氣過剩，油氣完全燃燒，空間內(nèi)部呈藍(lán)色輻射狀態(tài)（源自激活狀態(tài)下的CH 自由基）；隨著初始油氣濃度的增加，反應(yīng)能量釋放能力變大，空間內(nèi)部呈藍(lán)綠輻射狀態(tài)（源自C二鍵輻射）；進(jìn)一步增加油氣濃度后主要產(chǎn)物中產(chǎn)生大量CO，且CO 被O氧化產(chǎn)生的能量無法有效釋放，生成黑體輻射狀的碳煙，形成紅外光，實(shí)際具體觀測(cè)結(jié)果為高亮橙色態(tài)，具體顏色也與當(dāng)前火焰溫度有關(guān)。

2.2.4 開敞空間爆燃火焰的溫度與輻射分布

圖20 為油氣爆燃過程中火焰各方位的溫度分布情況，拍攝時(shí)間點(diǎn)分別在1.25、2.25、3.25 s 處?？梢钥闯?，1.25 s 處由于薄膜破裂泄放至外部的未燃油氣再一次被點(diǎn)燃形成了外部爆燃峰值 Δ，對(duì)應(yīng)的高溫區(qū)域呈規(guī)則的楔形，而實(shí)際火焰覆蓋區(qū)域則位于高溫區(qū)域的右下方，由右側(cè)的藍(lán)色鋒面和正下方的橙黃色火焰構(gòu)成。根據(jù)讀數(shù)可計(jì)算出火焰的正上部分的縱向溫度梯度為327.13 ℃/m；右側(cè)高溫區(qū)域由于是藍(lán)色實(shí)體火焰，火焰面清晰可見，溫度梯度遠(yuǎn)高于正上方，達(dá)到了1001.14 ℃/m。2.25 s 處的流場(chǎng)處于火焰泄放階段末期，劇烈的流場(chǎng)擾動(dòng)導(dǎo)致火焰湍流度增加，火焰形態(tài)紊亂。此時(shí)亮藍(lán)色火焰仍處于加速向末端運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)中，從圖中可以觀測(cè)到湍流火焰行進(jìn)方向上的紫紅區(qū)域?qū)挾绕毡楦哂诨鹧婧蠓?，溫度梯度僅為483.3 ℃/m；左側(cè)的火焰尾部從最外焰到溫度峰值的梯度則高達(dá)915.5 ℃/m，可以看出尾部的火焰分界限十分清晰。3.25 s 處亮藍(lán)色鋒面和橙黃色火焰均已傳播至臺(tái)架末端，火焰高溫峰值區(qū)域總面積相較前兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)明顯減小，火焰前后兩側(cè)溫度梯度分別為595.8 和525.9 ℃/m，僅升高了11.7%，由此可見流場(chǎng)已不具備明顯的前進(jìn)趨勢(shì)。

圖20 油氣爆燃過程溫度分布（2 L, φ =1.34%）Fig. 20 Distribution of temperature during deflagration process (2 L, φ =1.34%)

圖21 展示了油氣爆燃過程中的對(duì)外輻射分布；圖22 展示了3 個(gè)時(shí)刻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的火焰?zhèn)鞑バ螒B(tài)，其中輻射儀布置方案如圖7 所示。由圖可見，3 個(gè)采集點(diǎn)的峰值均產(chǎn)生于爆燃開始后4 s 附近，此時(shí)處于殘火燃燒的燃燒潰散階段。位于臺(tái)架后半段的2 號(hào)采集點(diǎn)達(dá)到了輻射峰值13.997 kW/m，2 號(hào)采集點(diǎn)正后方的1 號(hào)采集點(diǎn)輻射峰值為2.0 9 9 k W/m，輻射的垂直衰減率達(dá)到了11.898 kW/m；靠近點(diǎn)火端的3 號(hào)采集點(diǎn)輻射峰值為5.97 kW/m，輻射的水平增長(zhǎng)率達(dá)到了5.35 kW/m。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可得，爆燃火焰在臺(tái)架前半部分主要以亮藍(lán)色形態(tài)傳播時(shí)產(chǎn)生的輻射明顯低于后半部分的橙黃色火焰，與超壓、火焰強(qiáng)度等常規(guī)參數(shù)不同的是，火焰輻射峰值形成時(shí)間相對(duì)靠后，具有一定的延遲性。

圖21 油氣爆燃輻射發(fā)展過程（2 L， φ =1.34%）Fig. 21 Development of inradiation during deflagraion process (2 L, φ =1.34%)

圖22 三個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)火焰?zhèn)鞑バ螒B(tài)Fig. 22 Three moments correspond to the flame propagation pattern

3 結(jié) 論

主要從可視化角度研究了開敞空間油氣預(yù)混爆燃過程，重點(diǎn)分析了超壓、火焰速度、火焰強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)在爆燃過程中的變化規(guī)律，主要結(jié)論如下。

（1）隨著初始油氣濃度的變化，可根據(jù)火焰的主要表現(xiàn)形式將其歸納為3 類，分別是無火的氣云灼燒、帶明火的油氣燃燒和帶壓縮波的油氣爆燃。其中爆燃模式可劃分為3 個(gè)子階段：穩(wěn)定傳播——火焰泄放——燃燒潰散。

（2）以最高峰值的采集點(diǎn)為參照，典型的開敞空間油氣爆燃超壓動(dòng)態(tài)時(shí)序發(fā)展過程在內(nèi)場(chǎng)共形成了4 個(gè)峰值，產(chǎn)生原因分別為破膜積壓、火焰泄放、外部爆燃、火焰加速；爆燃過程外場(chǎng)和高位區(qū)域主要形成了2 個(gè)峰值，產(chǎn)生原因分別為“破膜+火焰”和外部爆燃，壓力傳播趨勢(shì)主要為縱向，隨著距離的增加而減弱（d/d=0.328 kPa/m）；臺(tái)架上方距頂端1 m 處區(qū)域的超壓高于距頂端0.2 m 處。初始油氣濃度的變化也會(huì)導(dǎo)致超壓峰值和形成峰值耗時(shí)的變化，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，10 m空間內(nèi)油料泄漏量為2.5 L（體積比為1∶4000）時(shí)，其所有輕質(zhì)組分揮發(fā)形成穩(wěn)定的油氣濃度（體積分?jǐn)?shù)為1.68%）經(jīng)引燃后可形成最大超壓（2.895 kPa）、最短的峰值耗時(shí)（0.935 s）以及最大的爆炸威力指數(shù)（8.964 kPa/s）。

（3）開敞空間油氣爆燃火焰?zhèn)鞑ブ饕闪了{(lán)色光滑鋒面→亮藍(lán)色褶皺鋒面→亮藍(lán)色+橙黃色湍流火焰→橙黃色湍流火焰4 個(gè)發(fā)展階段。其中亮藍(lán)色火焰遵循球形→橢球形→弧線形→無規(guī)則火焰型的演變規(guī)律。亮藍(lán)色火焰于引燃后1 s 附近達(dá)到最高速度2.87 m/s，橙黃色火焰于1.75 s 附近達(dá)到最高速度2.44 m/s，火焰發(fā)展速度和爆燃超壓存在一定的正向耦合機(jī)制。火焰高強(qiáng)度區(qū)域主要集中在臺(tái)架中部附近，峰值達(dá)到4 810 mV，分別高過首尾端112.64%、1254.93%。初始油氣濃度等多重復(fù)雜原因會(huì)對(duì)火焰形態(tài)產(chǎn)生一定的影響。

（4）爆燃過程中的火焰溫度分布與火焰燃燒區(qū)域和火焰行進(jìn)方向有關(guān)，實(shí)體藍(lán)色弧形火焰區(qū)的溫度梯度高于上方高溫氣流區(qū)，行進(jìn)端火焰梯度低于尾端火焰梯度，以殘火態(tài)燃燒的火焰梯度分布則較為均勻。油氣爆燃產(chǎn)生的輻射峰值形成時(shí)間相對(duì)靠后，與其他爆燃參數(shù)相比具有延遲性，且通常情況下爆燃初期的亮藍(lán)色火焰鋒面輻射度小于中后期形成的橙色湍流火焰。