段玉龍，王 碩，賀 森，萬 琳

（1. 重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院，重慶 401331；2. 重慶科技學(xué)院油氣化工過程安全多尺度研究中心，重慶 401331）

現(xiàn)階段燃?xì)夤芫W(wǎng)四通八達(dá)，一旦發(fā)生燃?xì)庑孤┍ǎ跊]有防護(hù)措施或防護(hù)措施失效情形下，爆炸產(chǎn)生的高溫高壓會(huì)造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，相應(yīng)的隔爆抑爆技術(shù)措施亟待提高。

阻隔抑制氣體爆炸一直受到眾多學(xué)者關(guān)注。多孔材料由于其特有的孔隙結(jié)構(gòu)，對爆炸火焰具有淬熄的抑制效果，并且其自身具有環(huán)保、硬度大、耐高溫和抗燒結(jié)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]，被廣泛應(yīng)用于抑爆領(lǐng)域。Pramod 等[2]研究發(fā)現(xiàn)，隨著多孔材料孔隙度的增大，壓力峰值逐漸減小。Olim 等[3]發(fā)現(xiàn)沖擊波在可壓縮的多孔材料中相互作用時(shí)，氣固兩相之間的動(dòng)量傳遞至關(guān)重要，而多孔材料的彈性也至關(guān)重要。Kitagawa 等[4]研究發(fā)現(xiàn)了氮或氧濃度的增大會(huì)導(dǎo)致多孔材料中火焰?zhèn)鞑ニ俣让黠@變化。邵繼偉等[5]將多孔材料分層放置于管道中觀察對爆炸的影響，結(jié)果表明，雙層多孔材料的抑爆效果相比于單層和三層具有更好的穩(wěn)定性。梁滔等[6]發(fā)現(xiàn)當(dāng)把泡沫鎳鋪設(shè)在管道中間位置時(shí)其對爆炸超壓的抑制效果最好。陳鵬等[7-8]揭示了多孔材料對火焰的淬熄作用與微孔通道和火焰的相互作用有關(guān)。魏春榮等[9-10]和孫建華等[11]對比分析發(fā)現(xiàn)多孔材料的厚度、孔徑、相對密度是影響火焰溫度衰減效果的重要因素。聶百勝等[12-13]研究了泡沫陶瓷在管道內(nèi)可導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ニ俣群徒Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，同時(shí)可抑制火焰的傳播，起到淬熄火焰的作用。蔣新生等[14]發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀高分子材料能使油氣爆炸最大超壓降低94%、平均升壓速率下降98%、湍流發(fā)展和振蕩加強(qiáng)過程明顯削弱。由于細(xì)水霧的響應(yīng)時(shí)間延后，溫小萍等[15]、余明高等[16]將細(xì)水霧和多孔材料結(jié)合協(xié)同抑制甲烷爆炸，發(fā)現(xiàn)兩者協(xié)同抑制優(yōu)于單一抑制效果。

上述研究表明，多孔材料對氣體爆炸火焰和超壓均具有一定的抑制和衰減作用，根據(jù)材料屬性和規(guī)格的不同，抑制效果存在差別，甚至?xí)嬖诖龠M(jìn)爆炸發(fā)展的可能。然而，對于火焰在傳播過程中的不同階段，多孔材料對其產(chǎn)生的影響行為也有顯著的區(qū)別。以往的研究主要分析了多孔材料對爆炸火焰的瞬間淬熄效應(yīng)。而火焰淬熄后，已爆區(qū)域和未爆區(qū)域內(nèi)的后續(xù)現(xiàn)象研究相對缺乏。有鑒于此，本文中主要研究了多孔材料位于甲烷/空氣爆炸火焰加速傳播位置處，火焰形態(tài)、傳播狀態(tài)、淬熄效率和超壓的變化規(guī)律，并對火焰淬熄后爆炸區(qū)域內(nèi)的變化現(xiàn)象進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，分析爆炸初始階段、火焰淬熄瞬間和火焰淬熄后一段時(shí)間內(nèi)的爆炸參數(shù)變化。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)平臺

本實(shí)驗(yàn)平臺是自主搭建的，系統(tǒng)集成如圖1所示，主要由配氣與集氣模塊、壓力采集模塊、高速攝像模塊和點(diǎn)火模塊組成。配氣與集氣系統(tǒng)包括甲烷氣瓶、空氣瓶（避免不同濕度的空氣對爆炸反應(yīng)產(chǎn)生的影響）、氣體流量計(jì)和爆炸激波管道。爆炸管道由PMMA 制成，尺寸為1 000 mm×100 mm×100 mm。壓力采集模塊包括N U X I-1 0 0 4 壓力采集系統(tǒng)和壓力傳感器（?0.1～0.2 MPa），可對高頻信號進(jìn)行有效收集與處理。高速攝像模塊由Phantom710 L 高速攝像機(jī)和PCC 圖形處理軟件組成。點(diǎn)火模塊采用自制電火花發(fā)生器和直流控制系統(tǒng)組成，在點(diǎn)火器處通過金屬鉑絲產(chǎn)生高溫電火花觸發(fā)甲烷/空氣預(yù)混氣體爆炸反應(yīng)。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖Fig.1 Schematic diagram of experimental system

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟與工況

實(shí)驗(yàn)開始前預(yù)先調(diào)試高速攝像機(jī)和壓力采集系統(tǒng)。高速攝像機(jī)采樣率為2 000 Hz，曝光時(shí)間為499.96 μs，為了提高圖像亮度和清晰度，二次曝光時(shí)間設(shè)置為200 μs。壓力采集系統(tǒng)設(shè)置采樣率為60 kHz[16]。管道泄壓口采用塑料膜進(jìn)行封閉，以保證管道安全泄壓。預(yù)混氣體通過氣體流量計(jì)預(yù)混后充入管道，采用四倍體積排氣法排出管道中的多余雜質(zhì)氣體。點(diǎn)火前關(guān)閉進(jìn)氣口與排氣口閥門，啟動(dòng)點(diǎn)火控制器，觸發(fā)甲烷/空氣預(yù)混氣體爆炸。高速攝像機(jī)和壓力采集系統(tǒng)采用自動(dòng)觸發(fā)方式，當(dāng)空間內(nèi)圖像和壓力發(fā)生變化時(shí)，采集系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)并儲存數(shù)據(jù)。

多孔材料采用碳化硅泡沫陶瓷，如圖2 所示。多孔材料每英寸長度孔數(shù)δ=10，20，30，厚度分別為2、4、6 cm。具體實(shí)驗(yàn)工況組合如表1 所示。

圖3 所示為高速攝像機(jī)測得火焰鋒面在全管道沿程的瞬時(shí)速度，與以往的研究相比，火焰鋒面在管道內(nèi)的傳播速度規(guī)律相似[17-18]。通過圖像可以看出，火焰鋒面?zhèn)鞑サ焦艿垒S向距離30 cm 時(shí)速度最大，因此將多孔材料置于距離點(diǎn)火源30 cm 處，觀察與分析不同孔隙度、不同厚度多孔材料對火焰加速傳播時(shí)的淬熄行為及對超壓傳播特性的影響。為減小實(shí)驗(yàn)誤差，每組實(shí)驗(yàn)工況重復(fù)5 次。

圖2 多孔材料Fig.2 The porous materials

表1 實(shí)驗(yàn)工況Table 1 Experimental conditions

圖3 火焰鋒面速度均值Fig.3 Mean speed of flame front

2 結(jié)果與分析

2.1 多孔材料對預(yù)混爆炸火焰的影響

當(dāng)量比為1 的甲烷/空氣預(yù)混氣體爆炸過程如圖4 所示，火焰由球形（t=8 ms）發(fā)展為指形（t=30.5 ms），之后火焰鋒面變平（t=50 ms）并逐漸發(fā)展為郁金香形（t=59 ms），直到傳播過程結(jié)束。當(dāng)多孔材料放置于距離點(diǎn)火點(diǎn)30 cm 時(shí)（火焰加速發(fā)展階段），其對爆炸火焰的傳播狀態(tài)具有顯著影響。多孔材料孔隙度和厚度不同，其影響效果存在較大差異。圖5 所示為δ=10 的多孔材料影響下，爆炸火焰在管道中的傳播狀態(tài)。由圖5 中可以看出，指形火焰沖擊多孔材料后，在材料后部噴射而出，此時(shí)火焰鋒面與未燃?xì)怏w之間無明顯分界，火焰由之前的層流燃燒瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則的湍流燃燒，產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象。比較圖5（a）、圖5（b）與圖5（c）可以看出，隨著材料厚度的增大，火焰鋒面褶皺程度增強(qiáng)，導(dǎo)致火焰與未燃?xì)怏w的接觸面積增大。但隨著材料厚度增大，火焰穿過多孔材料后其傳播速度依次遞減，且火焰穿透材料的過程產(chǎn)生延時(shí)的時(shí)間越長。分析認(rèn)為，δ=10 的多孔材料因其孔徑較大，孔隙的占比大于固相結(jié)構(gòu)的占比，參與燃燒爆炸反應(yīng)的預(yù)混氣體經(jīng)過孔隙結(jié)構(gòu)時(shí)，由于傳播路徑的截面積突然減少導(dǎo)致火焰加速，由于固相結(jié)構(gòu)在空間內(nèi)的占比較低，因而無法及時(shí)銷毀鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中的自由基基團(tuán)[19-20]，從而爆炸火焰以更劇烈的湍流狀態(tài)繼續(xù)傳播。當(dāng)多孔材料厚為2 cm且δ=10 時(shí)對爆炸具有明顯地促進(jìn)作用，層流火焰穿過材料后傳播速度大大提高，與體積分?jǐn)?shù)9.5% 的甲烷常規(guī)爆炸相比，傳播時(shí)間減少約30 ms。此時(shí)多孔材料加速了火焰由層流向湍流狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，對爆炸區(qū)域可產(chǎn)生更大的危害。當(dāng)材料厚度為4 cm 時(shí)，δ=10 的多孔材料對火焰?zhèn)鞑ビ幸欢ǖ难訒r(shí)作用，約為40.5 ms。6 cm 厚的材料對火焰產(chǎn)生了約110.0 ms 的延時(shí)，材料上游火焰淬熄，隨后爆炸火焰繼續(xù)向未燃?xì)怏w傳播。原因?yàn)楫?dāng)火焰經(jīng)過δ=10 且厚度較大的多孔材料時(shí)，火焰無法立即穿過多孔材料繼續(xù)傳播，但在多孔材料孔隙空間中存在可燃?xì)怏w，經(jīng)過火焰的沖擊，在材料內(nèi)部進(jìn)行了短暫的燃燒反應(yīng)，由于材料的吸熱作用，材料內(nèi)部熱量傳遞相對緩慢。當(dāng)材料內(nèi)部燃燒反應(yīng)透過多孔材料的孔隙結(jié)構(gòu)時(shí)，材料下游的可燃?xì)怏w被點(diǎn)燃，厚度越大，燃燒反應(yīng)穿過材料所需的時(shí)間越長。

圖4 體積分?jǐn)?shù)9.5%的甲烷爆炸火焰?zhèn)鞑ミ^程Fig.4 Flame propagation of methane explosion with a volume fraction of 9.5%

圖5 每英寸長度孔數(shù)為10 的多孔材料對火焰的影響Fig.5 Effect of the porous material with 10 pores per inch in length

圖6 所示為δ=20 的多孔材料，不同厚度時(shí)對爆炸火焰的影響，與δ=10 的影響效果不同，爆炸火焰沖擊接觸δ=20 的多孔材料后發(fā)生淬熄，火焰無法通過多孔材料繼續(xù)向下游傳播。分析原因?yàn)?，?20 的多孔材料固相結(jié)構(gòu)在流體區(qū)域內(nèi)的占比率提高，火焰通過多孔材料所受的阻力增加大，其次，固相結(jié)構(gòu)占比率增加使得對高溫火焰的吸能效率提高，火焰能量快速耗散，無法維持爆炸反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，從而導(dǎo)致火焰淬熄?；鹧娲阆ê螅谝驯瑓^(qū)域一側(cè)的材料表面伴有火焰持續(xù)燃燒的現(xiàn)象，燃燒過程中，材料右側(cè)可燃?xì)怏w不斷供給燃燒，形成邊燃燒邊混合的狀態(tài)，火焰在材料表面燃燒時(shí)，不再隨時(shí)間發(fā)展向火焰前鋒方向推移，燃燒狀態(tài)發(fā)生改變，火焰由之前的預(yù)混爆炸轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散燃燒。如圖6（b）和圖6（c）可以看出，隨著多孔材料厚度的增大，反向擴(kuò)散燃燒的火焰劇烈程度減弱，圖6（a）中多孔材料厚度為2 cm，此時(shí)，擴(kuò)散燃燒火焰鋒面的距離最遠(yuǎn)，幾乎可以到達(dá)點(diǎn)火源的位置。圖7 為δ=30 的多孔材料對當(dāng)量比為1的預(yù)混甲烷/空氣爆炸火焰的影響。對比圖6 可以看出，多孔材料對層流火焰的傳播影響效果微弱，火焰在沖擊多孔材料之前，其空間結(jié)構(gòu)不隨多孔材料的孔隙度或厚度的改變而發(fā)生變化?；鹧娼佑|δ=30 的多孔材料發(fā)生淬熄后，同樣在已爆區(qū)域一側(cè)的材料表面有持續(xù)燃燒的火焰產(chǎn)生，由之前的預(yù)混爆炸轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散燃燒。隨著多孔材料孔隙度的增大，擴(kuò)散燃燒劇烈程度下降，擴(kuò)散燃燒火焰長度減小。分析此現(xiàn)象產(chǎn)生的原因?yàn)?，多孔材料將已爆區(qū)域和未爆區(qū)域分隔，火焰發(fā)生淬熄后，高溫產(chǎn)物沒有立即熄滅，沖擊進(jìn)入多孔材料內(nèi)部或被材料固相結(jié)構(gòu)反射，未燃?xì)怏w由未爆區(qū)域向已爆區(qū)域輸運(yùn)接觸到多孔材料內(nèi)部和已爆區(qū)域內(nèi)殘留的高溫產(chǎn)物，未燃?xì)怏w由高溫產(chǎn)物再次被點(diǎn)燃，在材料表面持續(xù)燃燒，可燃?xì)怏w是否在材料表面被點(diǎn)燃需進(jìn)一步研究觀察。δ=30 的多孔材料的厚度越小，預(yù)混爆炸火焰淬熄后轉(zhuǎn)變擴(kuò)散燃燒越劇烈，即擴(kuò)散燃燒程度與材料厚度之間所表現(xiàn)的規(guī)律為材料厚度越小，擴(kuò)散燃燒越猛烈。如果在擴(kuò)散燃燒的時(shí)間內(nèi)，繼續(xù)為空間中供給可燃?xì)怏w，很有可能再次轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)混氣體爆炸，今后需對此現(xiàn)象做進(jìn)一步研究。

圖6 每英寸長度孔數(shù)為20 的多孔材料對火焰的影響Fig.6 Effect of the porous material with 20 pores per inch in length

圖7 每英寸長度孔數(shù)為30 的多孔材料對火焰的影響Fig.7 Effect of the porous material with 30 pores per inch in length

2.2 多孔材料對火焰速度和壓力的影響

圖8 所示為爆炸火焰在接觸多孔材料前的平均傳播速度。火焰?zhèn)鞑ニ俣仁芏嗫撞牧峡紫抖群秃穸鹊碾p重影響。隨著多孔材料孔隙度和厚度的增大，爆炸火焰的傳播速度減慢，原因?yàn)榛鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣扰c火焰前方未燃?xì)怏w密切相關(guān)，火焰前鋒速度主要由火焰前方未燃?xì)怏w構(gòu)成，當(dāng)多孔材料的孔隙度或厚度增大時(shí)，材料的固相結(jié)構(gòu)在空間中的占比率提高，多孔材料對火焰前鋒處未燃?xì)怏w運(yùn)動(dòng)的阻塞率增大，未燃?xì)怏w穿過多孔材料的效率降低，進(jìn)而影響火焰前鋒處未然氣體的流速，爆炸初始階段未燃?xì)怏w在已爆區(qū)域內(nèi)被壓縮的速度大于氣體穿過多孔材料的速率。因此，火焰鋒面在向前推移的過程傳播速度隨著多孔材料孔隙度或厚度的增大而降低。

圖8 火焰鋒面接觸多孔材料前的傳播速度Fig.8 Speed of flame front before impacting on porous materials

圖9 每英寸長度孔數(shù)為10 的多孔材料下的壓力時(shí)程曲線Fig.9 Histories of pressure for porous material with 10 pores per inch in length

氣體爆炸產(chǎn)生的超壓與火焰在傳播過程相互作用。根據(jù)多孔材料孔隙度不同，對爆炸反應(yīng)表現(xiàn)出抑制或促進(jìn)兩種不同的效果。圖9 所示為δ=10 的多孔材料對爆炸超壓的影響，超壓曲線上升速率和峰值明顯高于無多孔材料時(shí)爆炸超壓的發(fā)展。對比圖5 可以看出，厚度為2 cm 時(shí)，爆炸超壓與體積分?jǐn)?shù)9.5%甲烷爆炸超壓峰值相同時(shí)，有短暫的下降趨勢，t=40 ms 時(shí)，火焰穿過多孔材料發(fā)生爆燃，促進(jìn)空間內(nèi)的超壓進(jìn)一步升高，最終達(dá)到最大值0.11 MPa。相比于體積分?jǐn)?shù)為9.5%甲烷爆炸時(shí)，超壓峰值提高了107.54%，隨后快速下降。當(dāng)δ=10 的多孔材料厚度為4 和6 cm 時(shí)，超壓峰值為0.050 和0.038 MPa，分別降低了5.6%和28.3%。在放置4 和6 cm 厚多孔材料時(shí)，火焰在傳播過程中經(jīng)過短暫延時(shí)后再次發(fā)生爆炸反應(yīng)，因此，多孔材料厚度為4 和6 cm 的情形下，超壓曲線出現(xiàn)2 次峰值，分別在t=103 ms 和t=190 ms時(shí)，峰值分別為0.030 和0.031 MPa，但均小于第一次超壓峰值。

圖10 所示為δ=20 的多孔材料對爆炸超壓的影響，超壓上升速率與δ=10 的多孔材料情形時(shí)相似，均大于體積分?jǐn)?shù)9.5%的甲烷爆炸超壓上升速率，且多孔材料的厚度越大，超壓上升速率越高，所能達(dá)到的峰值越大。厚度為2、4 和6 cm 時(shí)超壓峰值分別為0.028、0.034 和0.045 MPa，相比于體積分?jǐn)?shù)9.5%的甲烷爆炸時(shí)，分別降低了47.17%、35.85% 和15.09%。達(dá)到超壓峰值的時(shí)間約為37 ms，時(shí)間縮短了21.28%。當(dāng)δ=20 時(shí)，火焰發(fā)生淬熄，但超壓上升速率依然大于體積分?jǐn)?shù)9.5%的甲烷爆炸超壓的上升趨勢。分析原因?yàn)?，爆炸區(qū)域內(nèi)超壓上升速率受多孔材料固相結(jié)構(gòu)的阻礙，因多孔材料內(nèi)孔隙隨機(jī)分布，孔隙度增或厚度加時(shí)，多孔材料阻礙氣體流動(dòng)的能力增加，從而降低了爆炸區(qū)域超壓的泄放效率，超壓在有限空間內(nèi)積累的速率更快。因此，多孔材料提高了超壓上升速率，但降低了超壓所能達(dá)到的最大值，縮短了爆炸持續(xù)的時(shí)間。圖11 為δ=30 的多孔材料對超壓的影響，與圖10 相比，超壓上升速率曲線趨勢相似，但上升速率更快，超壓峰值與圖10 相比有很大地提高。材料厚度為2 和4 cm 情形時(shí)，超壓峰值分別達(dá)到了0.039、0.052 MPa，與體積分?jǐn)?shù)9.5%的甲烷爆炸超壓峰值相比降低了26.42%和1.89%。材料為6 cm 厚時(shí)超壓峰值為0.061 MPa，達(dá)到了體積分?jǐn)?shù)9.5%的甲烷爆炸的115%。因此，δ=30 的多孔材料阻礙超壓泄放的影響更顯著，且隨著厚度的增加，爆炸區(qū)域內(nèi)的超壓甚至超過無多孔材料爆炸時(shí)產(chǎn)生的超壓峰值。相比于δ=20 的多孔材料超壓積累速率更快。因此，考慮對爆炸超壓的衰減作用，δ=20 的多孔材料對爆炸超壓的衰減效能優(yōu)于δ=10，30 的多孔材料，且厚度為2 和4 cm 時(shí)對超壓的衰減效果更顯著。

圖10 每英寸長度孔數(shù)為20 多孔材料的壓力時(shí)程曲線Fig.10 Histories of pressure for porous material with 20 pores per inch in length

圖11 每英寸長度孔數(shù)為20 多孔材料的壓力時(shí)程曲線Fig.11 Histories of pressure for porous material with 30 pores per inch in length

圖12 為δ=20 的多孔材料淬熄火焰后，已爆區(qū)域內(nèi)的壓力變化。由圖12 中可以看出，火焰被多孔材料淬熄后已爆區(qū)域內(nèi)的壓力迅速降低，小于常規(guī)大氣壓，且厚度相對較小的多孔材料對已爆區(qū)域內(nèi)壓力下降的影響愈明顯。多孔材料孔徑較大時(shí)，壓力穿過多孔材料的效率提高，當(dāng)火焰被瞬間熄滅后，厚度越小的多孔材料對已爆區(qū)域內(nèi)壓力的泄放效率越高，從而導(dǎo)致一定時(shí)間內(nèi)已爆區(qū)域的壓力值小于常規(guī)大氣壓力。圖12 中顯示，δ=20 的多孔材料厚度為2、4 和6 cm 時(shí)，火焰淬熄后壓力分別降低到?0.008 8、?0.009 2 和?0.006 9 MPa。δ=20 的多孔材料厚度為4 cm 時(shí)，壓力下降值最大，結(jié)合圖6（b）分析，當(dāng)爆炸火焰被淬熄后，多孔材料另一端的未燃?xì)怏w由于壓力差的作用被抽吸輸運(yùn)到已爆區(qū)域，未燃?xì)怏w遇到高溫產(chǎn)物后在多孔材料的表面形成擴(kuò)散燃燒的現(xiàn)象，以此更充分地解釋了擴(kuò)散燃燒的產(chǎn)生。當(dāng)多孔材料兩端壓差越大時(shí)，負(fù)壓抽吸的作用越強(qiáng)，可燃?xì)怏w供給擴(kuò)散燃燒的效率越高，導(dǎo)致擴(kuò)散燃燒程度越劇烈。圖13 為δ=30 的多孔材料，不同厚度時(shí)火焰淬熄后區(qū)域內(nèi)壓力值的變化。由于孔徑減小，多孔材料固相結(jié)構(gòu)增加，影響壓力變化規(guī)律更加明顯。隨著多孔材料厚度的增大，壓力下降到負(fù)壓的最大值減小。厚度為2、4 和6 cm 時(shí)，負(fù)壓值分別為?0.011、?0.008 2 和?0.006 MPa。對比圖7（a）所示可以看出，擴(kuò)散燃燒的程度最大，因此，說明了負(fù)壓抽吸作用對火焰持續(xù)擴(kuò)散燃燒起到了主導(dǎo)作用。從已爆區(qū)域負(fù)壓角度分析，6 cm 厚多孔材料限制擴(kuò)散燃燒火焰的程度要優(yōu)于2、4 cm。根據(jù)肖華華[21]對氣體爆炸反應(yīng)區(qū)的分析，激波管內(nèi)溫度與密度在不同位置處的變化如圖14 所示。爆炸壓力快速釋放導(dǎo)致已燃?xì)怏w密度較低，同樣促進(jìn)了可燃?xì)怏w由多孔材料下游向已爆區(qū)域擴(kuò)散。

圖12 每英寸長度孔數(shù)為20 的多孔材料下火焰淬熄后壓力變化Fig.12 Pressure change after quenching of flame affected by the porous material with 20 pores per inch in length

圖13 每英寸長度孔數(shù)為30 的多孔材料下火焰淬熄后壓力變化Fig.13 Pressure change after quenching of flame affected by the porous material with 30 pores per inch in length

圖14 激波管內(nèi)溫度與密度變化示意圖Fig.14 Schematic of temperature and density change in duct

3 結(jié) 論

（1）管道中放置多孔材料時(shí)，爆炸火焰接觸多孔材料前的火焰結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變，隨著材料孔隙度和厚度的增大，火焰接觸材料之前的傳播過程中，鋒面速度依次降低。δ=10 的多孔材料無法淬熄爆炸火焰，并可加速火焰由層流向湍流的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)爆炸的傳播。δ=20 和δ=30 的多孔材料可使火焰發(fā)生淬熄，但在已爆區(qū)域一側(cè)的材料表面轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散燃燒。

（2）多孔材料對爆炸超壓具有促進(jìn)或抑制作用。與無多孔材料相比，δ=10 的多孔材料厚度為2 cm時(shí)，超壓峰值提高了107.54%，4 和6 cm 厚時(shí)，分別降低了5.6%和28.3%。δ=20 的多孔材料情形下，超壓峰值分別降低了47.17%、35.85%和15.09%。δ=30 的多孔材料厚度為2 和4 cm 時(shí)，超壓峰值分別降低了26.42%和1.89%，厚度為6 cm 時(shí)，超壓峰值為無多孔材料時(shí)的115%。δ=20 的多孔材料對超壓的衰減效率優(yōu)于δ=10 和δ=30 情形，且厚度越小，超壓衰減效率越高。

（3）多孔材料對爆炸火焰的抑制行為主要表現(xiàn)為降低層流火焰速度-淬熄-爆炸轉(zhuǎn)擴(kuò)散燃燒-熄滅。擴(kuò)散燃燒程度主要受多孔材料兩端壓力差影響，材料厚度越小，火焰淬熄后，已爆區(qū)域內(nèi)負(fù)壓值越大，對未燃?xì)怏w的抽吸輸運(yùn)能力越強(qiáng)，擴(kuò)散燃燒現(xiàn)象越劇烈。因此，擴(kuò)散燃燒程度與材料厚度之間呈反比關(guān)系。