多孔陶瓷结构抑制甲烷爆炸实验研究
发布时间：2022-01-24 19:28
利用自主搭建的实验平台,对距离点火源30、50、70cm和厚度为2、4、6 cm的多孔陶瓷抑制甲烷爆炸效果展开实验研究。结果表明,多孔陶瓷可延长层流火焰的传播时间,减缓火焰由层流向湍流的转变。爆炸火焰接触多孔陶瓷时发生淬熄,导致爆炸反应终止。多孔陶瓷与点火源之间距离的增加或多孔陶瓷厚度增加时,火焰锋面速度下降,但材料厚度对火焰锋面速度的影响效果相比于放置位置更加明显。超压上升速率随着多孔陶瓷与点火源距离的增加而降低,其与点火源距离较近即放置于30 cm处时,对超压的衰减效果最佳。增加多孔陶瓷的厚度时,甲烷爆炸超压峰值降低。
【文章来源】：消防科学与技术. 2020,39(06)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
气体爆炸实验平台
甲烷爆炸火焰传播如图2所示。火焰由球形（t=13ms）变为指形（t=35 ms），在指形阶段火焰加速向前发展。随后火焰锋面速度降低，由指形变为平面形（t=50 ms），形成郁金香火焰（t=75 ms），最后火焰在管道末端消散。多孔陶瓷对甲烷-空气预混气体爆炸具有良好的抑制作用，根据多孔陶瓷放置位置和厚度不同，对爆炸传播的影响效果不同，如图3～图5所示。
图3为多孔陶瓷放置于距离点火源30 cm处时对爆炸火焰的影响效果。可以看出，火焰接触多孔陶瓷前其传播发展的结构相似，由最初的球型火焰加速形成指形火焰向前发展，当火焰锋面接触多孔陶瓷时，在其材料内部发生了淬熄，且无法继续向前传播发展。分析其原因，多孔陶瓷的存在破坏了爆炸产物生成与可燃气体消耗之间的平衡，多孔陶瓷特有的孔隙结构将空间分为若干个小孔径区域，当火焰通过时将其分隔，中断爆炸反应的进行，即阻隔了火焰继续向前传播。图4为多孔陶瓷距离点火源50cm时对爆炸火焰的影响。当多孔陶瓷距离点火源50 cm时，爆炸火焰传播过程中指形火焰发展阶段的时间与无多孔陶瓷时相比有所延长。火焰以加速状态传播时多孔陶瓷破坏了火焰锋面处的涡流，使火焰保持层流燃烧的时间增加，对爆炸火焰由层流向湍流的转变有一定的阻隔和抑制作用。多孔陶瓷与点火源的距离较远时，火焰可由球形发展为指形再到郁金香形，如图5所示。郁金香火焰接触多孔陶瓷后发生淬熄，火焰锋面被多孔陶瓷吸收。从图5可以看出，郁金香火焰出现的时间随着多孔陶瓷厚度的增加而滞后，即t(a)<t(b)<t(c)。当多孔陶瓷与爆源点距离较远时，火焰可以发展为郁金香形态，但由于多孔陶瓷对气体的阻隔影响，郁金香火焰出现的时间有所延迟，并随着多孔陶瓷的厚度增加，延迟时间愈长。郁金香火焰的出现，表明火焰开始由层流向湍流转变，多孔陶瓷可缩短火焰湍流传播的时间，降低湍流火焰的危害，且随着材料厚度的增加，延迟火焰发展的效果越明显。因此，多孔陶瓷可有效抑制火焰初始阶段、持续加速阶段和湍流阶段的传播，使火焰淬熄，终止爆炸反应的进行。实验现象符合多孔陶瓷能够抑制爆炸火焰传播的猜想。图4 多孔陶瓷距离点火源50 cm对爆炸火焰的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]CO2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性研究[J]. 裴蓓,李杰,余明高,韦双明,杨双杰,温小萍. 中国安全生产科学技术. 2018(08)
[2]CO2-超细水雾对CH4/Air初期爆炸特性的影响[J]. 裴蓓,韦双明,陈立伟,潘荣锟,王燕,余明高,李杰. 爆炸与冲击. 2019(02)
[3]密闭管道内爆炸下限甲烷-空气混合及爆炸规律[J]. 任少云. 消防科学与技术. 2017(12)
[4]组合型多孔材料对容器管道系统内甲烷/空气的抑爆效果[J]. 邵继伟,庄春吉,王志荣,黄予楠,卢雯婷. 爆炸与冲击. 2018(04)
[5]水雾粒径对超细水雾抑制甲烷/空气爆炸过程的影响[J]. 曹兴岩,任婧杰,毕明树,姜海鹏,李一鸣. 煤炭学报. 2017(09)
[6]泡沫镍对甲烷-空气预混气体爆燃超压影响的研究[J]. 梁滔,孙永夺,杨锡军. 中国安全生产科学技术. 2017(08)
[7]含NaCl荷电细水雾对甲烷爆炸火焰传播的抑制特性[J]. 余明高,吴丽洁,万少杰,郑凯. 化工学报. 2017(11)
[8]泡沫金属对甲烷/空气爆燃火焰的淬熄实验研究[J]. 陈鹏,孙永夺. 中国安全生产科学技术. 2017(07)
[9]细水雾作用下CH4/空气总包机理对比与改进[J]. 刘长春,马砺,王伟峰,邓军,王刘兵,白磊. 消防科学与技术. 2017(02)
[10]不同浓度甲烷-空气预混气体爆炸特性的试验研究[J]. 余明高,孔杰,王燕,郑凯,郑立刚. 安全与环境学报. 2014(06)
本文编号：3607168
【文章来源】：消防科学与技术. 2020,39(06)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
气体爆炸实验平台
甲烷爆炸火焰传播如图2所示。火焰由球形（t=13ms）变为指形（t=35 ms），在指形阶段火焰加速向前发展。随后火焰锋面速度降低，由指形变为平面形（t=50 ms），形成郁金香火焰（t=75 ms），最后火焰在管道末端消散。多孔陶瓷对甲烷-空气预混气体爆炸具有良好的抑制作用，根据多孔陶瓷放置位置和厚度不同，对爆炸传播的影响效果不同，如图3～图5所示。
图3为多孔陶瓷放置于距离点火源30 cm处时对爆炸火焰的影响效果。可以看出，火焰接触多孔陶瓷前其传播发展的结构相似，由最初的球型火焰加速形成指形火焰向前发展，当火焰锋面接触多孔陶瓷时，在其材料内部发生了淬熄，且无法继续向前传播发展。分析其原因，多孔陶瓷的存在破坏了爆炸产物生成与可燃气体消耗之间的平衡，多孔陶瓷特有的孔隙结构将空间分为若干个小孔径区域，当火焰通过时将其分隔，中断爆炸反应的进行，即阻隔了火焰继续向前传播。图4为多孔陶瓷距离点火源50cm时对爆炸火焰的影响。当多孔陶瓷距离点火源50 cm时，爆炸火焰传播过程中指形火焰发展阶段的时间与无多孔陶瓷时相比有所延长。火焰以加速状态传播时多孔陶瓷破坏了火焰锋面处的涡流，使火焰保持层流燃烧的时间增加，对爆炸火焰由层流向湍流的转变有一定的阻隔和抑制作用。多孔陶瓷与点火源的距离较远时，火焰可由球形发展为指形再到郁金香形，如图5所示。郁金香火焰接触多孔陶瓷后发生淬熄，火焰锋面被多孔陶瓷吸收。从图5可以看出，郁金香火焰出现的时间随着多孔陶瓷厚度的增加而滞后，即t(a)<t(b)<t(c)。当多孔陶瓷与爆源点距离较远时，火焰可以发展为郁金香形态，但由于多孔陶瓷对气体的阻隔影响，郁金香火焰出现的时间有所延迟，并随着多孔陶瓷的厚度增加，延迟时间愈长。郁金香火焰的出现，表明火焰开始由层流向湍流转变，多孔陶瓷可缩短火焰湍流传播的时间，降低湍流火焰的危害，且随着材料厚度的增加，延迟火焰发展的效果越明显。因此，多孔陶瓷可有效抑制火焰初始阶段、持续加速阶段和湍流阶段的传播，使火焰淬熄，终止爆炸反应的进行。实验现象符合多孔陶瓷能够抑制爆炸火焰传播的猜想。图4 多孔陶瓷距离点火源50 cm对爆炸火焰的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]CO2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性研究[J]. 裴蓓,李杰,余明高,韦双明,杨双杰,温小萍. 中国安全生产科学技术. 2018(08)
[2]CO2-超细水雾对CH4/Air初期爆炸特性的影响[J]. 裴蓓,韦双明,陈立伟,潘荣锟,王燕,余明高,李杰. 爆炸与冲击. 2019(02)
[3]密闭管道内爆炸下限甲烷-空气混合及爆炸规律[J]. 任少云. 消防科学与技术. 2017(12)
[4]组合型多孔材料对容器管道系统内甲烷/空气的抑爆效果[J]. 邵继伟,庄春吉,王志荣,黄予楠,卢雯婷. 爆炸与冲击. 2018(04)
[5]水雾粒径对超细水雾抑制甲烷/空气爆炸过程的影响[J]. 曹兴岩,任婧杰,毕明树,姜海鹏,李一鸣. 煤炭学报. 2017(09)
[6]泡沫镍对甲烷-空气预混气体爆燃超压影响的研究[J]. 梁滔,孙永夺,杨锡军. 中国安全生产科学技术. 2017(08)
[7]含NaCl荷电细水雾对甲烷爆炸火焰传播的抑制特性[J]. 余明高,吴丽洁,万少杰,郑凯. 化工学报. 2017(11)
[8]泡沫金属对甲烷/空气爆燃火焰的淬熄实验研究[J]. 陈鹏,孙永夺. 中国安全生产科学技术. 2017(07)
[9]细水雾作用下CH4/空气总包机理对比与改进[J]. 刘长春,马砺,王伟峰,邓军,王刘兵,白磊. 消防科学与技术. 2017(02)
[10]不同浓度甲烷-空气预混气体爆炸特性的试验研究[J]. 余明高,孔杰,王燕,郑凯,郑立刚. 安全与环境学报. 2014(06)
本文编号：3607168
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