【摘要】：建立了長(zhǎng)2 800mm、內(nèi)徑為50mm的圓管內(nèi)爆轟波傳播實(shí)驗(yàn)裝置,采用光電二極管探測(cè)火焰鋒面以獲得爆轟波的傳播速度,采用煙跡法記錄爆轟波的胞格結(jié)構(gòu)。通過(guò)在管道不同位置設(shè)置阻塞率為1的聚丙烯薄膜,研究不同初始?jí)毫ο虏煌瑲鍤庀♂対舛鹊腃_2H_2+2.5O_2+nAr預(yù)混氣體爆轟波在通過(guò)全阻塞障礙物前后傳播速度及胞格結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明,氣相爆轟波在達(dá)到穩(wěn)態(tài)爆轟后,在通過(guò)全阻塞薄膜障礙物的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生2種不同的傳播形式:速度虧損和爆轟失效。氣相爆轟波穿過(guò)不同區(qū)域的傳播過(guò)程可以分為3個(gè)階段:穩(wěn)態(tài)傳播階段、速度虧損階段或爆轟失效階段、過(guò)驅(qū)爆轟階段。
【圖文】：

２Ｈ２＋２．５Ｏ２預(yù)混氣體作為驅(qū)動(dòng)氣，采用不同氬氣稀釋濃度的Ｃ２Ｈ２＋２．５Ｏ２＋ｎＡｒ預(yù)混氣體作為測(cè)試氣體。需要說(shuō)明的是，當(dāng)Ａ處安裝障礙物時(shí)，薄膜前的驅(qū)動(dòng)氣體一直為驅(qū)動(dòng)氣不能變換。Ｂ處安裝障礙物時(shí)，驅(qū)動(dòng)段內(nèi)氣體依然不變，但測(cè)試段１與測(cè)試段２內(nèi)氣體的氬氣稀釋濃度可變化。采用分壓法配置預(yù)混氣體，并充入驅(qū)動(dòng)氣罐和預(yù)混氣罐內(nèi)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)管路抽真空至０．５ｋＰａ（絕對(duì)壓力），然后向驅(qū)動(dòng)段及測(cè)試段充入驅(qū)動(dòng)氣及預(yù)混氣。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后用氬氣吹掃管道。圖２光電二極管電壓上升曲線(xiàn)Ｆｉｇ．２Ｖｏｌｔａｇｅｒｉｓｅｃｕｒｖｅｓｏｆｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ１．２測(cè)試及采集方法預(yù)混氣體發(fā)生爆轟時(shí)，理論上爆轟波傳播速度與化學(xué)反應(yīng)區(qū)（火焰鋒面）傳播速度數(shù)值相等。因此，通過(guò)測(cè)量火焰鋒面，即可獲得爆轟波傳播速度�；鹧驿h面的測(cè)量通過(guò)光敏二極管實(shí)現(xiàn)。在管道壁面距點(diǎn)火端１２００ｍｍ至管道末端以１００ｍｍ間距（Ｎ１～Ｎ３間距為１５０ｍｍ）布置光電二極管Ｎ１～Ｎ１６，見(jiàn)圖１。當(dāng)爆轟波通過(guò)光電二級(jí)管時(shí)，緊隨爆轟波的火焰鋒面向外輻射可見(jiàn)光激發(fā)光電二極管，采集系統(tǒng)會(huì)采集到電壓上升信號(hào)。通過(guò)獲得相鄰測(cè)點(diǎn)的時(shí)間，即可計(jì)算相鄰測(cè)點(diǎn)中間位置平均化學(xué)反應(yīng)區(qū)速度。４４８爆炸與沖擊第３７卷

位置前產(chǎn)生微弱電壓信號(hào)。隨著火焰鋒面的靠近，電壓信號(hào)逐漸增強(qiáng)。因此，若采用較低電壓值作為火焰鋒面到達(dá)該測(cè)點(diǎn)的判定依據(jù)偏差較大。并且當(dāng)電壓信號(hào)超過(guò)２５００ｍＶ時(shí)，電壓信號(hào)響應(yīng)逐漸遲緩。綜合考慮上述因素，采用Ｕ＝２０００ｍＶ作為火焰鋒面到達(dá)該測(cè)點(diǎn)的時(shí)間判據(jù)，如圖２所示。獲得火焰鋒面到達(dá)相鄰兩側(cè)點(diǎn)的時(shí)間差后，即可依據(jù)測(cè)點(diǎn)間距計(jì)算出爆轟波傳播速度。為保證實(shí)驗(yàn)重復(fù)性，每組實(shí)驗(yàn)均重復(fù)３次以上。使用計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火與數(shù)據(jù)采集過(guò)程，利用１６通道高頻數(shù)據(jù)采集裝置采集光電二級(jí)管的圖４爆轟失效條件下的煙熏薄膜Ｆｉｇ．４Ｓｍｏｋｅｆｉｌｍｕｎｄｅｒｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｆａｉｌｕｒｅ電壓信號(hào)，單通道采樣頻率為５００ｋＳ／ｓ。利用煙跡法記錄爆轟波胞格結(jié)構(gòu)。在管道內(nèi)安裝煙熏過(guò)的耐高溫聚丙烯薄膜可以獲得爆轟波胞格結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖３（ｐ０＝８ｋＰａ，Ｃ２Ｈ２＋２．５Ｏ２＋８０％Ａｒ）。通過(guò)胞格結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步分析爆轟波ＺＮＤ結(jié)構(gòu)、胞格尺寸λ、爆轟失效判據(jù)等問(wèn)題。當(dāng)爆轟失效時(shí)，煙熏薄膜上無(wú)明顯胞格，僅出現(xiàn)橫紋痕跡，見(jiàn)圖４。２結(jié)果分析及討論２．１管道內(nèi)驅(qū)動(dòng)段爆轟波自持傳播管道內(nèi)薄膜障礙物前預(yù)混氣體實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定自持爆轟是本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)條件。穩(wěn)定自持爆轟的形成可以通過(guò)障礙物前各測(cè)點(diǎn)爆轟波平均速度與Ｃ－Ｊ（Ｃｈａｐｍａｎ－Ｊｏｕｇｕｅｔ）理論爆轟速度對(duì)比判斷。當(dāng)薄膜障礙物布置在Ａ位置時(shí)，，選取測(cè)點(diǎn)為Ｎ１、Ｎ２；當(dāng)薄膜障礙物布置在Ｂ位置時(shí)，選擇測(cè)點(diǎn)為Ｎ７～Ｎ１０。表１為在管道內(nèi)不同位置（Ａ或Ｂ）布置障礙物時(shí)，不同初始?jí)毫Γ穑�、薄膜后不同氬氣稀釋濃度下障礙物前
【作者單位】： 大連理工大學(xué)化工機(jī)械與安全學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51574056)
【分類(lèi)號(hào)】：O381

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