基于小尺度实验的燃料蒸气-空气预混气体泄爆动力学研究

王世茂，李向东，蔡运雄，李国庆，齐圣

（1 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所，四川绵阳 621000；2 高超声速冲压发动机技术国防重点实验室，四川绵阳 621000；3 陆军勤务学院油料系，重庆 401331；4 63926部队，北京 100192；5 国民核生化灾害防护国家重点实验室，北京 102205）

引言

石油类燃料如航空煤油、汽油、柴油等在工业生产、武器试验、能源化工等领域有着广泛的应用，其固有的易挥发属性也使其极易在各类工况中大量蒸发，进而形成易燃易爆的燃料蒸气-空气预混气体，这种可燃气体一旦遇到点火源将形成爆燃并对人员和设备造成严重损伤[1-2]。因此，保证石油燃料的安全储存与使用，降低爆燃事故的破坏强度显得尤为重要。

在可燃气体爆炸防护领域，泄爆技术是被广泛应用的减灾手段，当腔室内发生气体爆炸时，超压迅速升高并促使泄爆装置启动，腔室内的超压和火焰会迅速泄放，从而大幅度削弱气体爆炸的破坏强度。因此，研究者们对可燃气体泄爆过程开展了广泛的实验研究，包括但不限于燃料类型、燃料当量比、泄爆膜强度、泄爆口尺寸、点火位置、容器尺寸等初始和边界条件对泄爆超压和火焰参数的影响特征。例如，Wang 等[3]利用20 L 小尺寸圆柱状容器研究了低泄爆膜破坏强度条件下汽油蒸气的泄爆超压特性，并与甲烷、氢气、丙烷等气体的泄爆参数进行了对比，发现当燃料不同时，超压峰值的个数及控制机制均有差异。Fakandu 等[4]研究了长径比为2.8的圆筒容器中甲烷的泄爆过程，共发现了6个典型的超压峰值，其形成原因分别为破膜(Pburst)、泄流(Pfv)、外部爆炸(Pext)、火焰扩展(Pmfa)、回流(Prev)、声热耦合(Pac)；……