封闭舱室动态泄放氢喷射火焰行为及关键参数的试验研究

为了研究封闭舱室内动态泄放氢喷射火焰形态、火焰高度、氧气体积分数、火焰上方中心线温度和侧壁气体温度的变化规律,开展了一系列封闭舱室氢喷射火试验。试验采用相机拍摄火焰形态,采用氧浓度传感器、热电偶测量舱室内指定点氧气体积分数和温度。试验结果表明,封闭舱室动态泄放氢喷射火焰形态演变过程分为氢气控制的喷射火和氧气控制的喷射火两种类型。前者的火焰演变过程分为四个阶段,即增长阶段、衰减阶段、升高阶段和熄灭阶段;后者的火焰演变过程分为三个阶段,即增长阶段、衰减阶段和自熄灭阶段。两种类型氢喷射火的氧气体积分数下降趋势明显不同。氢气控制的喷射火的氧气体积分数变化呈先近似线性下降再缓慢下降趋势,而氧气控制的喷射火的氧气体积分数呈近似线性下降趋势。同时,两者最小平均氧气体积分数与喷射压力呈线性下降趋势。舱内火焰上方中心线温度和侧壁气体温度变化的总体趋势大致相同,但氧气控制的喷射火温度下降过程中会出现明显的中断现象。喷射压力对封闭舱内氢喷射火作用下最大温升有显著的影响。基于本试验条件,建立了封闭舱室火焰上方中心线最大温升预测模型。

平行杆束对氢气/空气预混火焰的阻火特性研究

研究了一种新型阻火元件--平行杆束对不同当量比的氢气/空气预混火焰的阻火特性。采用高速纹影系统来记录火焰演变过程,并根据拍摄的纹影图像计算出火焰前锋速度;在平行杆束前后安装了压力传感器来记录爆炸压力。结果表明,氢气/空气预混气体的当量比和初始压力会对火焰形态、火焰速度和爆炸压力产生影响,从而影响火焰的淬熄行为。试验观察到四种火焰发展模式:淬熄、临界淬熄、临界通过和通过。临界淬熄和临界通过模式在下游管道均观察到明显的气流,临界通过模式中气流重新燃烧发生爆炸导致阻火失败。当阻火成功时,平行杆束对火焰速度和爆炸压力具有明显的抑制效果并且可以有效衰减压力波;当阻火失败时,平行杆束增加火焰速度的倍数随着当量比的增加呈现“M”形变化趋势,速度比在当量比为1时为极小值。临界阻火速度在当量比为1时最大,临界最大爆炸压力在贫氢阶段保持不变,在富氢阶段随当量比增大而增大。临界初始压力在当量比为1时最小,此时阻火最困难。