關(guān)鍵詞：泄爆；氣粉兩相；靜態(tài)動(dòng)作壓力；爆燃?jí)毫?；火焰形態(tài)

泄爆是一種工業(yè)上常用的防爆、抑爆措施。影響泄爆效果的原因有很多，學(xué)者們針對(duì)泄爆壓力和火焰已經(jīng)開展了大量的研究工作。Duan等[1]分析了多孔介質(zhì)對(duì)甲烷爆炸火焰和超壓的影響，發(fā)現(xiàn)多孔介質(zhì)不僅可以抑制爆炸火焰的傳播，而且大孔徑的多孔介質(zhì)可以引起爆燃，加速火焰從層流向湍流的轉(zhuǎn)變。Bao等[2]發(fā)現(xiàn)，改變甲烷濃度和泄爆孔靜態(tài)動(dòng)作壓力會(huì)影響泄爆壓力曲線峰值個(gè)數(shù)。Gao等[3-4]利用20L球形爆炸容器開展了有機(jī)玻璃（PMMA）粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)容器泄爆壓力隨泄爆口面積增大而降低，隨泄爆孔靜態(tài)動(dòng)作壓力升高而升高。Proust[5]開展了玉米淀粉爆炸泄爆實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)火焰的湍流強(qiáng)度越大，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍礁?。邢志祥等[6]利用Fluent軟件模擬了密閉狀態(tài)下多孔材料火焰的傳播速度，發(fā)現(xiàn)多孔材料對(duì)火焰?zhèn)鬟f速度具有抑制作用。師喜林等[7-8]發(fā)現(xiàn)，球形和管道爆炸裝置的泄爆口徑減小均會(huì)增大容器內(nèi)的最大爆炸壓力；同時(shí)，模擬球形容器氣體泄爆過程發(fā)現(xiàn)泄放導(dǎo)管長度減小會(huì)引起泄放壓力下降的速率增大。王健等[9]利用自主設(shè)計(jì)的管道探究了組合多孔介質(zhì)與氮?dú)饽灰种仆咚贡ǖ膮f(xié)同作用，發(fā)現(xiàn)多孔介質(zhì)孔隙密度（單位英寸長度上的平均孔數(shù)，PPI）為10的泡沫鎳和孔隙密度為40的泡沫銅是最佳抑爆效果組合。杜賽楓等[10]開展了H2/空氣預(yù)混氣燃爆實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)最大外部超壓與破膜壓力呈非單調(diào)變化規(guī)律。陳昊等[11]利用1m長豎直方管開展了H2/CH4/空氣預(yù)混氣燃爆實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)泄爆口處的最大超壓隨頂端爆破壓力呈線性增大趨勢。鄭凱等[12]利用封閉管道探究了泡沫銅的孔隙密度對(duì)合成氣爆炸特性的影響，發(fā)現(xiàn)泡沫銅會(huì)引起管道內(nèi)超壓和火焰尖端速度的極大提升，且孔隙密度越小，火焰穿過泡沫銅后的最大火焰尖端速度越大，超壓峰值越高。

甲烷作為應(yīng)用最廣泛的可燃?xì)怏w，其相關(guān)燃爆泄爆特性被眾多學(xué)者研究。Rui等[13]利用容積為1m3的矩形容器對(duì)甲烷-空氣泄放爆炸過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)壓力時(shí)程曲線中存在的4個(gè)壓力峰值分別對(duì)應(yīng)于泄放（popen）、火焰泄放（pout）、外部爆炸（pext）和聲學(xué)強(qiáng)化燃燒（pacc），且popen和pacc隨排氣泄爆壓力的增大而增大，而pout和pext幾乎與排氣爆破壓力無關(guān)。Ciccarelli等[14]探究了方形管道內(nèi)阻塞比對(duì)甲烷-空氣火焰?zhèn)鞑サ挠绊?，?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，因障礙物影響火焰?zhèn)鞑ニ俣?，火焰在后期發(fā)生不規(guī)則波動(dòng)。Blanchard等[15]發(fā)現(xiàn)90°彎管能提高甲烷-空氣火焰速度和超壓。Lin等[16]研究了3種不同類型的分叉管道對(duì)預(yù)混甲烷-空氣爆炸超壓的影響，結(jié)果表明，管道中的峰值超壓演變?cè)诜植嬷俺氏陆第厔?，在分叉之后直至達(dá)到最大值之前急劇增加，并且在傳播到管道末端時(shí)呈下降趨勢。Chen等[17]和Jiang等[18]重點(diǎn)研究了當(dāng)量比、靜態(tài)動(dòng)作壓力和泄爆管阻塞比等對(duì)甲烷-空氣預(yù)混可燃?xì)舛伪ǖ挠绊?。汪泉[19]研究了有機(jī)玻璃方管中不同障礙物對(duì)甲烷火焰形態(tài)、壓力和速度等的影響。常偉達(dá)等[20]發(fā)現(xiàn)，在泄爆口布設(shè)消爆倉可以減弱甲烷-空氣火焰?zhèn)鞑サ耐牧鞒潭?，進(jìn)而降低其泄爆壓力。徐進(jìn)生等[21]發(fā)現(xiàn)，泄爆口存在時(shí)，瓦斯預(yù)混氣爆炸壓力曲線均呈升高、降低和振蕩3部分。Fakandu等[22]利用長徑比為2.8的10L圓柱形容器開展了體積分?jǐn)?shù)為10%的甲烷和7.5%的乙烯預(yù)混氣體的燃爆實(shí)驗(yàn)，分析了動(dòng)態(tài)破膜壓力與靜態(tài)破膜壓力之間的關(guān)系，結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)破膜壓力高于靜態(tài)破膜壓力，比例常數(shù)為1.37。

以上研究均針對(duì)粉體或氣體單相在管道或球形容器的燃爆泄爆特性，針對(duì)氣固兩相在不同靜態(tài)動(dòng)作壓力下大長徑比管道內(nèi)的泄爆研究相對(duì)較少。在煤礦瓦斯開采中，硝酸銨作為工業(yè)炸藥的主要成分，已被廣泛應(yīng)用于礦區(qū)生產(chǎn)活動(dòng)。因此，探究甲烷-硝酸銨氣粉兩相泄爆特性的變化規(guī)律，可以為氣粉兩相燃爆安全提供理論支撐。本文中，基于自主搭建的火焰加速管道實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過改變泄放裝置進(jìn)而改變泄爆口靜態(tài)動(dòng)作壓力，探究泄爆條件對(duì)甲烷-硝酸銨氣粉兩相泄爆壓力和火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸约盎鹧鎮(zhèn)鞑バ袨榈牟町悺?/p>

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)包括不銹鋼火焰加速管道、配氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和速度壓力采集系統(tǒng)，如圖1所示。

火焰加速管道由3段鋼管組成，以點(diǎn)火端為右端，由右向左依次命名為1、2、3號(hào)管，長度分別為1.0、1.0和3.5m，法蘭連接后總長度為5.5m。其中1和3號(hào)管內(nèi)徑均為120mm，2號(hào)管為方管，方孔邊長為120mm。點(diǎn)火端封閉，距點(diǎn)火端140cm處布置壓力傳感器，用于采集管中爆燃?jí)毫?；距點(diǎn)火端276～476cm處布設(shè)5個(gè)光電傳感器，用于收集爆燃火焰?zhèn)鞑ニ俣?，相鄰傳感器等距間隔50cm。本實(shí)驗(yàn)使用CY-YD-205型壓電式壓力傳感器采集管內(nèi)爆燃?jí)毫Γ捎肗ACMemrecamHX-3型高速攝像機(jī)采集泄爆火焰圖像，采集速度為2000s?1。

如圖2所示，泄放裝置由3種不同孔徑的空心法蘭和泄爆膜組成，泄爆膜片材質(zhì)為聚乙烯（polyethylene，PE），PE薄膜厚0.02mm，抗拉強(qiáng)度為20MPa。法蘭為合金鋼制品，孔徑D分別為120、80和40mm。

泄爆口阻塞比為泄爆口處阻塞部分面積與泄爆口總面積之比。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的泄爆口為圓形，其阻塞比表示為：

式中：θ為泄爆口阻塞比，SA為泄爆口總面積，SB為泄爆口面積，SC為泄爆口阻塞面積，3種空心法蘭泄爆口徑與阻塞比的關(guān)系如表1所示。

1.2靜態(tài)動(dòng)作壓力模型預(yù)測

根據(jù)美國消防協(xié)會(huì)（NationalFireProtectionAssociation）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（EuropeanCommitteeforStandardization）給出的NFPA68標(biāo)準(zhǔn)[23]和EN14491標(biāo)準(zhǔn)[24]，靜態(tài)動(dòng)作壓力（pst）是指壓力緩慢上升前提下裝置的動(dòng)作壓力。為確定實(shí)驗(yàn)中不同工況的靜態(tài)動(dòng)作壓力，以氣體物理超壓破膜為測試方式，每個(gè)工況重復(fù)實(shí)驗(yàn)2～3次，取其均值。每個(gè)工況測試所得壓力均值如表2所示，表中n為泄爆膜層數(shù)。

如圖3所示，對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行線性擬合，可得3種泄爆孔徑下的泄爆裝置靜態(tài)動(dòng)作壓力預(yù)測模型：

1.3實(shí)驗(yàn)條件及過程

選取淮南舜泰化工有限公司生產(chǎn)的工業(yè)級(jí)硝酸銨作為粉體介質(zhì)。將其研磨過篩，粉體粒徑分布范圍為75～150μm。圖4顯示了NH4NO3的粒度分析和表面形態(tài)。從圖中可以看出，NH4NO3粉末的粒度較均勻，顆粒形狀基本呈橢圓形晶體。實(shí)驗(yàn)時(shí)先將預(yù)制粉體以1.5kg/m2的面密度、40cm的長度均勻鋪設(shè)于管內(nèi)觀察窗處。

實(shí)驗(yàn)名義點(diǎn)火能量為3J，CH4體積分?jǐn)?shù)為9.5%，所有實(shí)驗(yàn)均在環(huán)境壓力（0.1MPa）和常溫（298K）下進(jìn)行。將甲烷-硝酸銨作為氣粉兩相代表，研究不同泄爆條件對(duì)管內(nèi)氣粉兩相泄爆特性的影響。

2結(jié)果與分析

2.1泄放裝置對(duì)兩相體系泄爆壓力的影響

圖5～7為不同阻塞比θ下，改變泄爆膜層數(shù)n時(shí)，由壓力傳感器收集的氣粉兩相的爆炸壓力時(shí)程曲線。2.97kPa≤pst≤14.64kPa時(shí)，壓力時(shí)程曲線呈雙峰結(jié)構(gòu)。第一峰值壓力pp1是由管內(nèi)氣粉兩相反應(yīng)產(chǎn)生能量，至破膜后氣體泄放產(chǎn)生[17-19]。第二峰值壓力pp2為管內(nèi)未燃預(yù)混氣沖出管道，在管道外部發(fā)生二次爆炸形成[21]。靜態(tài)動(dòng)作壓力pst約束了管內(nèi)氣體的泄放，促進(jìn)了管內(nèi)氣粉兩相的燃燒反應(yīng)程度，管內(nèi)溫度升高致使粉體熱分解釋放氣體，對(duì)破膜后壓力降低進(jìn)行補(bǔ)充，因壓力測點(diǎn)與泄爆口距離較遠(yuǎn)，氣粉燃燒和粉體熱分解產(chǎn)生的壓力補(bǔ)充與泄爆口的壓力泄放在測點(diǎn)處平衡，使測點(diǎn)壓力出現(xiàn)維穩(wěn)平臺(tái)，其持續(xù)時(shí)間為tk。16.08kPa≤pst≤24.12kPa時(shí)，壓力時(shí)程曲線失去雙峰結(jié)構(gòu)，呈持續(xù)震蕩的特殊三峰結(jié)構(gòu)，2種工況與密閉條件下，NH4NO3對(duì)瓦斯爆炸特性的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似[25]。2種工況處于泄爆強(qiáng)度高約束狀態(tài)，前驅(qū)壓力波首次到達(dá)泄爆口時(shí)未達(dá)泄爆膜抗拉壓力極限，破膜失敗，反射壓力波又會(huì)先后作用于未燃區(qū)、火焰區(qū)以及反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)，提升火焰湍流程度，使得燃燒反應(yīng)進(jìn)一步加劇，壓力得到進(jìn)一步提升，而當(dāng)產(chǎn)物區(qū)壓力再次積累、膨脹，將會(huì)再次出現(xiàn)測點(diǎn)區(qū)壓力降低的現(xiàn)象，產(chǎn)生第2個(gè)峰，如此反復(fù)產(chǎn)生多峰結(jié)構(gòu)，直至破膜。

如圖5所示，當(dāng)阻塞比θ=0%，即泄爆口無剛性約束時(shí)，討論增加泄爆膜層數(shù)對(duì)火焰爆燃?jí)毫Φ挠绊憽７治隹傻?，?dāng)泄爆膜從1層分別增加到2和3層時(shí)，pp1從5.48kPa分別逐漸增大至7.51和10.20kPa，tk從6ms依次延長為12和19ms，pp2從23.03kPa逐漸減小為19.43和9.71kPa。與n=1相比，n=2和3時(shí)，pp1的增幅依次為37%和86%；tk分別延長了1倍和2.2倍，pp2降低了16%和59%。增加泄爆膜層數(shù)提高了泄爆口抗拉強(qiáng)度，pst增大，加強(qiáng)了對(duì)氣粉沖出管外的約束，增大了管內(nèi)流體的黏滯效應(yīng)，促進(jìn)了管內(nèi)氣粉兩相反應(yīng)，產(chǎn)熱提高，致使溫度上升，能量積累增多，pp1提高；溫升促進(jìn)了粉體熱解，氣體補(bǔ)償程度加劇，tk延長；管內(nèi)反應(yīng)程度提高致使破膜后沖出管道的氣體減少，二次爆炸的猛烈程度降低，pp2因此減小。

結(jié)合圖5～7分析可得，對(duì)于n=1，討論阻塞比θ對(duì)火焰爆燃?jí)毫Φ挠绊?。結(jié)果表明，n=1時(shí)，隨著θ的增大，pp1由5.48kPa提升至7.31和10.20kPa，tk由6ms延長至11和25ms，pp2在θ=0%和θ=55.6%時(shí)由23.03kPa減小至9.33kPa；與θ=0%相比，θ=55.6%和88.9%時(shí)pp1的增幅依次為33%和86%；tk分別延長了0.8倍和3.2倍。這是因?yàn)棣仍龃笤鰪?qiáng)了前驅(qū)壓力波在泄爆口處的剛性約束，形成的反射壓力波增大了流場的湍流程度，促進(jìn)了管內(nèi)燃燒，反應(yīng)產(chǎn)能積累增多導(dǎo)致pp1增大；溫壓提升的同時(shí)加劇了粉末的自身分解，tk因此延長；破膜后沖出管道的未燃?xì)饬繙p少，θ增大也降低了氣體沖出的效率，減弱了二次爆炸壓力波的傳遞效率，導(dǎo)致pp2減小。而在θ=88.9%，n=1工況，pp2并未減小，而是與第一壓力峰值10.20kPa相同。這是由于更大面積的剛性約束使管內(nèi)壓力的泄放變得極其平緩，未泄放能量維持著管內(nèi)粉體的熱分解，未燃?xì)鉀_出管外效率降低使二次爆炸更加微弱，三者耦合作用致使此工況整個(gè)壓力時(shí)程曲線呈現(xiàn)出不明顯的雙峰結(jié)構(gòu)。

如圖7所示，在pst=16.08kPa和pst=24.12kPa的2種工況下，壓力時(shí)程曲線失去雙峰結(jié)構(gòu)，呈振蕩上升的三峰結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵谧畲髣傂约s束條件下，n增加提高了泄爆膜的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致破膜所需能量提高。破膜前，壓力在管內(nèi)發(fā)生反射，從而形成三峰結(jié)構(gòu)[22]。由圖7可知，n=2工況下，壓力時(shí)程曲線上的3個(gè)峰值壓力（12.04、17.37、22.09kPa）明顯低于n=3工況對(duì)應(yīng)的峰值壓力（15.23、21.73、32.52kPa）。分析可知，n=2工況下，經(jīng)過一次壓力反射積累發(fā)生破膜，高阻塞比使未燃?xì)怏w緩慢泄放，同時(shí)延長了管內(nèi)氣粉燃燒作用時(shí)間，管內(nèi)持續(xù)的氣粉燃燒和粉體熱分解加上管外微弱的二次爆炸平衡了泄放帶來的壓力急劇下降，直至管內(nèi)溫壓無法維持燃燒及熱分解反應(yīng)，因此，此工況第三峰壓力呈緩慢降低趨勢。與n=2工況下不同，n=3工況下經(jīng)歷了2次壓力反射積累而破膜，破膜前管內(nèi)氣粉兩相反應(yīng)和粉體熱分解程度較高，可視為可燃混氣消耗完全，反應(yīng)停止，破膜后沖出管外進(jìn)行二次爆炸的氣體量極少，致使泄放后管內(nèi)外無壓力補(bǔ)償，第三峰壓力急劇下降。

圖8給出了2.97kPa≤pst≤14.64kPa時(shí)pp1與pst之間的函數(shù)關(guān)系。此類工況下，pp1視為破膜壓力，由圖8可知，pp1隨pst的升高而單調(diào)升高，這是因?yàn)?，相比于緩慢的靜態(tài)壓力負(fù)荷，泄爆膜在動(dòng)態(tài)瞬時(shí)壓力負(fù)荷下會(huì)更堅(jiān)固，高靜態(tài)動(dòng)作壓力條件下破膜所需的能量也更高[22]。破膜所需的能量主要來源于管內(nèi)的氣粉燃燒以及粉體的熱解，膜破所需能量越高，管內(nèi)參與反應(yīng)的氣粉越多，反應(yīng)越劇烈，pp1越高。對(duì)此pst范圍內(nèi)的破膜壓力pp1趨勢進(jìn)行曲線擬合，得到其擬合表達(dá)式：

式（3）可以對(duì)在此類實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行的燃爆實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理論壓力預(yù)測，為燃爆泄爆實(shí)驗(yàn)研究提供參考。

2.2泄放裝置對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/p>

圖9給出了9種工況下管內(nèi)火焰的傳播速度曲線，反映了管道后半段火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊淖兓闆r，其中橫坐標(biāo)指的是測點(diǎn)與點(diǎn)火端間距（2.26～4.76m）。從圖9（a）可以看出，當(dāng)泄爆口阻塞比θ=0%時(shí)，泄爆口無剛性約束，火焰?zhèn)鞑ニ俣日w呈逐漸增大趨勢；從圖9（b）～（c）可以看出，當(dāng)泄爆口阻塞比θ=55.6%和88.9%時(shí)，泄爆口有剛性約束且剛性約束逐漸增強(qiáng)，火焰?zhèn)鞑ニ俣融厔蒉D(zhuǎn)變?yōu)橄壬吆蠼档?。這是因?yàn)閯傂约s束增強(qiáng)促進(jìn)了管道末端未燃區(qū)對(duì)壓力的積累，前期未燃區(qū)壓力積累較少，火焰仍加速傳播，火焰經(jīng)過測點(diǎn)2、3時(shí)，壓力積累足夠抑制火焰?zhèn)鞑?。所以，火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸式档挖厔荨?/p>

圖10給出了不同阻塞比條件下火焰平均傳播速度隨泄爆膜層數(shù)增加的變化趨勢?？梢钥闯觯S著n的增大，3種阻塞比條件下火焰平均傳播速度均逐漸降低。θ=0%時(shí)，與n=1工況相比，n=2和3工況下火焰平均傳播速度由161.33m/s依次降低為130.79、121.96m/s，降幅為19%和24%；θ=55.6%時(shí)，與n=1工況相比，n=2和3工況下火焰平均傳播速度由138.41m/s依次降低為115.22、98.43m/s，降幅為17%和29%；θ=88.9%時(shí)，與n=1工況相比，n=2和3工況下火焰平均傳播速度由91.97m/s依次降低為80.51和67.99m/s，降幅為12%和26%。增加泄爆膜層數(shù)提高了泄爆膜總的耐拉強(qiáng)度，提供了更強(qiáng)的約束力，抑制了火焰的傳播。增大泄爆口阻塞比也可導(dǎo)致火焰平均傳播速度持續(xù)降低，剛性約束增強(qiáng)會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的反射壓力波，從而更有效地反作用于火焰，抑制火焰?zhèn)鞑ァＡ硪环矫?，θ和n共同作用又會(huì)使氣粉兩相體系留存于管內(nèi)的時(shí)間增長，延長了氣粉反應(yīng)作用時(shí)間，也在一定程度上抑制了火焰的傳播。

2.3泄放裝置對(duì)泄放火焰形態(tài)的影響

利用高速攝像機(jī)記錄了管道內(nèi)火焰?zhèn)鞑サ乃矐B(tài)圖像，進(jìn)而觀察火焰結(jié)構(gòu)，探究火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律。本節(jié)中探究的火焰特征參數(shù)包括從破膜至火焰出現(xiàn)的時(shí)間間隔ti、火焰發(fā)光區(qū)長度Lmax和火焰持續(xù)時(shí)間te。實(shí)驗(yàn)中所用高速攝像預(yù)設(shè)圖像尺寸為2432×720，圖像右端記錄泄放裝置高度為240mm，等比計(jì)算圖像實(shí)際記錄長度為810.67mm，以12列網(wǎng)格均分圖像，每格橫向長度為67.56mm，Lmax可以表示為：

控制單一變量對(duì)實(shí)驗(yàn)中的9種工況進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一致性。因此，以破膜時(shí)刻為起始點(diǎn)，在研究泄爆膜層數(shù)變化的影響時(shí)，選取θ=88.9%的3種工況進(jìn)行分析；在研究泄爆口阻塞比變化的影響時(shí)，選取n=2的3種工況進(jìn)行分析。圖11和12分別給出了n=2時(shí)不同泄爆口阻塞比工況和θ=88.9%時(shí)不同泄爆膜層數(shù)工況對(duì)應(yīng)的泄爆火焰結(jié)構(gòu)。

圖11比較了n=2時(shí)3種泄爆孔徑條件下的火焰結(jié)構(gòu)。分析可知，對(duì)n=2工況，當(dāng)θ=0%時(shí)，泄爆口無剛性約束，ti為98ms，火焰以團(tuán)簇形態(tài)向管外傳播，Lmax為776.89mm，te為10ms。隨著θ的增大，ti依次增加至117和132ms，Lmax依次減小至405.36和229.70mm，te依次增加至17和45ms；與θ=0%相比，θ=55.6%和88.9%時(shí)ti分別增加了19%和35%，Lmax分別減小了48%和70%，te分別增加了70%和35%。由于泄爆口剛性約束增強(qiáng)，增大了壓力波的反射，促進(jìn)了管內(nèi)湍流程度和燃燒反應(yīng)，ti因此增大；而未燃介質(zhì)泄放入外界環(huán)境的量減少，導(dǎo)致Lmax依次減??；泄爆口阻塞比的增大降低了泄放效率，使te依次增加；隨著θ的增大，泄放火焰由簇狀火焰逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯淞骰鹧?，且火焰亮度逐漸減小。

圖12比較了θ=88.9%時(shí)不同泄爆膜層數(shù)工況下的火焰結(jié)構(gòu)。θ=88.9%工況下剛性約束最強(qiáng)，可以看出，此工況下的火焰呈現(xiàn)為典型射流火焰。n=1時(shí)，ti為72ms，火焰呈暗紅色，Lmax為270.22mm，te為31ms。隨著n的增大，ti依次增加至132和140ms，Lmax依次減小至229.70和202.68mm，te依次增加至45和51.5ms；與n=1工況相比，n=2和3工況下ti分別增加了83%和94%，Lmax分別減小了15%和25%，te分別增加了45%和47%。這是因?yàn)閚增大使管內(nèi)湍流程度和燃燒反應(yīng)加劇，由于泄爆法蘭的強(qiáng)剛性約束和泄爆膜的高耐拉強(qiáng)度，管內(nèi)前驅(qū)壓力波經(jīng)2次及以上反射至泄爆膜破裂，ti增加；反射壓力波在管內(nèi)反射的次數(shù)越多，對(duì)管內(nèi)燃燒及粉體熱分解反應(yīng)的促進(jìn)作用越明顯，致使未燃介質(zhì)泄放入外界環(huán)境的量減少，降低了管外二次爆炸的劇烈程度，從而在一定程度上減小了Lmax；而管內(nèi)加劇的反應(yīng)促進(jìn)了溫升，使更多的可燃介質(zhì)參與反應(yīng)，使te增加；管外二次爆炸程度降低亦使火焰亮度逐漸減小。

3結(jié)論

在自主搭建的5.5m長火焰加速管道實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，分析了泄爆口靜態(tài)動(dòng)作壓力對(duì)典型氣粉兩相燃爆特性的影響，得到以下主要結(jié)論。

（1）管道內(nèi)部壓力時(shí)程曲線由于泄爆口的破裂和外部爆炸出現(xiàn)了2個(gè)壓力峰，同時(shí)泄爆口破膜泄放與管內(nèi)反應(yīng)釋能補(bǔ)充兩者耦合作用導(dǎo)致第一壓力峰出現(xiàn)維穩(wěn)平臺(tái)，隨pst的增大，第一壓力峰值呈單調(diào)增大趨勢，且維穩(wěn)時(shí)間逐漸延長；當(dāng)pst＞14.64kPa時(shí)，管道內(nèi)部由于管內(nèi)壓力活塞式反射而失去雙峰結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)壓力峰值逐漸增大的三峰結(jié)構(gòu)。

（2）各工況下管道后段火焰平均傳播速度呈降低趨勢，θ和n分別側(cè)重于改變剛性約束和泄爆膜抗拉強(qiáng)度，進(jìn)而對(duì)火焰平均傳播速度產(chǎn)生影響，且兩者共同作用對(duì)速度的抑制有疊加效應(yīng)，加劇了對(duì)火焰?zhèn)鞑サ囊种菩Ч姚鹊挠绊懻贾鲗?dǎo)地位。

（3）θ和n對(duì)管道外部火焰?zhèn)鞑ゾ哂忻黠@的抑制作用，兩者的增大均會(huì)引起管外火焰亮度降低，火焰發(fā)光區(qū)長度減小，破膜至火焰出現(xiàn)的時(shí)間間隔和火焰持續(xù)時(shí)間延長；且在n相同的情況下，θ的增大使泄爆火焰結(jié)構(gòu)由簇狀火焰轉(zhuǎn)變?yōu)榈湫蜕淞骰鹧妗?/p>