賈進(jìn)章，王東明，牛 鑫，李 斌，朱金超，王楓瀟

(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 礦山熱動力災(zāi)害與防治教育部重點實驗室，遼寧 葫蘆島 125105)

煤礦事故根據(jù)性質(zhì)不同，可分為瓦斯、機電、放炮、頂板、水害、運輸、火災(zāi)等7 種煤礦事故。其中瓦斯爆炸事故發(fā)生的頻率最高，造成的損失最為嚴(yán)重[1]。因此，瓦斯類事故是我國煤礦事故中的“第一殺手”，目前我國的國有重點煤礦有90%的煤礦具有瓦斯爆炸的危險[2-3]。瓦斯爆炸一般會產(chǎn)生3 種主要的危害因素：爆炸產(chǎn)生的壓力波，火焰波鋒面的高溫傷害以及產(chǎn)生的各種有毒有害氣體。因此，有必要對爆炸產(chǎn)生的沖擊波火焰波傳播特性進(jìn)行深入的研究，以此來為井下實際環(huán)境中采取具體的防爆抑爆措施提供理論依據(jù)，從而避免或減少瓦斯爆炸帶來的危害。

瓦斯是可燃爆炸性氣體，在一定空間內(nèi)爆炸過程十分復(fù)雜。源于實際工程的需要，國內(nèi)外學(xué)者對瓦斯爆炸沖擊波火焰波傳播特性展開了深入研究。K.V.Wingerden 等[4]于1962 年首次在簡單管道內(nèi)進(jìn)行了瓦斯爆炸實驗，實驗結(jié)果表明，在實驗管道一側(cè)開口一側(cè)封閉的情況下，火焰波的速度峰值可以達(dá)到250 m/s，而在兩側(cè)都封閉的條件下，在爆炸的初始階段，火焰波的傳播速度呈指數(shù)是高速增長。D.H.Edwards 等對截面面積突然增加的復(fù)雜管道中瓦斯爆炸沖擊波特性進(jìn)行了研究；結(jié)果表明：管道截面面積突變產(chǎn)生的沖擊波會發(fā)生繞射現(xiàn)象，整個爆炸過程中的膨脹波會在超臨界條件下出現(xiàn)二次燃燒現(xiàn)象[5-6]。陳慧慧[7]在復(fù)雜的“A”型管網(wǎng)中進(jìn)行了瓦斯爆炸實驗，探究了管道中沖擊波火焰波的傳播規(guī)律，結(jié)論認(rèn)為：瓦斯充填長度與同一個測點的瓦斯爆炸超壓、火焰信號強度以及火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸蔬f增關(guān)系。董銘鑫等[8]利用FLUENT 對復(fù)雜通風(fēng)管網(wǎng)中瓦斯爆炸火焰波傳播特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)論認(rèn)為：瓦斯爆炸過程中沖擊波、通風(fēng)動力、火焰波以及管網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生的擾動源等多因素的耦合作用使得火焰波傳播變得更加復(fù)雜多變。馬恒等[9]運用FLUENT 對復(fù)雜的“H”型通風(fēng)管網(wǎng)中瓦斯爆炸沖擊波特性進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：爆炸沖擊波經(jīng)巷道壁面反射后與正向沖擊波疊加，增大了疊加區(qū)域的壓力值；爆炸沖擊波改變了聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)風(fēng)流流動狀態(tài)。

綜上所述，國內(nèi)外對于復(fù)雜管網(wǎng)中的瓦斯爆炸實驗研究相對較少，多停留在數(shù)值模擬研究階段，而且大部分現(xiàn)有實驗都是對單一的火焰波或者沖擊波進(jìn)行研究，對復(fù)雜管網(wǎng)中沖擊波和火焰波傳播特性共同進(jìn)行研究的實驗研究也較為少見?；诖?，通過自行設(shè)計并搭建的復(fù)雜管網(wǎng)對瓦斯爆炸特性開展研究，以期為井下實際環(huán)境中采取具體的防爆抑爆措施提供理論依據(jù)，從而避免或減小爆炸帶來的危害。

1 實驗方案及裝置

1.1 實驗方案

在自主搭建的復(fù)雜管網(wǎng)實驗系統(tǒng)中進(jìn)行實驗，實驗系統(tǒng)主要包括：爆炸管道系統(tǒng)、動態(tài)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)以及點火系統(tǒng)。實驗工況為：9.5%甲烷-空氣混合實驗氣體。考慮實驗時環(huán)境溫度濕度以及管道之間氣密性的變化會對實驗結(jié)果造成影響，因此，每組實驗重復(fù)進(jìn)行3 次。

1.2 實驗系統(tǒng)

爆炸管道系統(tǒng)管道由內(nèi)徑為200 mm，管壁厚為12 mm，最大耐壓值為20 MPa 的管道組成。數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)由壓力傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱蜏囟葌鞲衅鹘M成。其中壓力傳感器為CYG1721 高頻動態(tài)實驗室壓力收集系統(tǒng)，測量范圍：-100 kPa～60 MPa，100 kPa～150 MPa?；鹧?zhèn)鞲衅鳛镃KG100 的光敏感性火焰?zhèn)鞲衅?，其中響?yīng)光譜：可見光340～980 nm，響應(yīng)時間為10 ms。實驗時在每個直管上設(shè)置間距為L的2 個火焰?zhèn)鞲衅?，記錄火焰波?jīng)過2 個傳感器的不同時間t1和t2，則管道中的火焰?zhèn)鞑ニ俣葀計算公式如下：

對于溫度傳感器，實驗中采用細(xì)熱電偶對瓦斯爆炸產(chǎn)生的火焰波溫度進(jìn)行測試，測試溫度范圍為0～2 000℃，數(shù)據(jù)采集時間步長為50 ms，實驗中測量允許誤差值為0.33℃。實驗中全部動態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)和收集采用TST6300 數(shù)據(jù)采集儀，工作電壓為2～8 V，工作電流為5～20 mA，供電為AC，220 V/50 Hz。點火系統(tǒng)采用高頻脈沖電打火的方式，高頻脈沖擊穿空氣時會釋放能量并產(chǎn)生火花、點燃?xì)怏w。點火電極選擇采用直徑0.3 mm 的鉑絲電極，電極間距3 mm，點火持續(xù)時長0.3 s。實驗裝置如圖1 所示。

圖1 實驗系統(tǒng)Fig.1 Experimental system

圖2 為自主搭建的實驗系統(tǒng)實物圖，本次自主搭建的實驗系統(tǒng)實物由10 根長短不一的圓形管道，三通以及一個爆炸腔體組成，各管道之間由螺絲連接起來，在管道出口處安裝有法蘭盤，實驗時可以作為泄爆口。

圖2 實驗系統(tǒng)實物Fig.2 Physical picture of the experimental system

1.3 實驗步驟

本次實驗主要步驟如下：

①按照實驗設(shè)計圖紙對實驗管道進(jìn)行拼接，同時將各實驗元器件連接在管道上。

② 檢驗裝置氣密性，由于該實驗系統(tǒng)連接處較多，如果氣密性不佳可能會造成收到的數(shù)據(jù)誤差較大，同時由于爆炸具有一定危險性，若氣密性不佳會存在安全隱患。

③打開閥門開關(guān)，通入一定量濃度的甲烷氣體；甲烷氣體體積分?jǐn)?shù)按如下公式計算：

式中：pa為充入甲烷氣體壓力，MPa；p0為管道初始壓力，根據(jù)實驗環(huán)境本文取1 atm；Va為甲烷體積，m3；V0為管道體積，m3；C為甲烷體積分?jǐn)?shù)，%。

④ 打開點火裝置進(jìn)行爆炸實驗，同時在電腦終端收集數(shù)據(jù)。

⑤ 打開管道末端法蘭盤，排出廢氣清理管道，為下一次實驗做準(zhǔn)備。

2 實驗結(jié)果分析

為了能夠更加清楚地描述瓦斯爆炸沖擊波、火焰波在管網(wǎng)中的傳播規(guī)律，對各測點、分岔口以及管道進(jìn)行編號，布置具體情況如圖3 所示。

圖3 實驗系統(tǒng)各管道及測點Fig.3 Schematic diagram of each pipe and measuring point in the experimental system

以氣體爆炸腔的最左端為軸心，建立以水平方向為x軸，豎直方向為y軸的坐標(biāo)軸，設(shè)各測點位置依次為T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9，則各測點與爆炸腔的等效距離參數(shù)見表1。

表1 各測點等效坐標(biāo)值Table 1 Equivalent coordinate values of each measuring point m

2.1 各管道壓力特性分析

2.1.1 壓力變化情況與規(guī)律分析

表2 列出了3 次瓦斯爆炸實驗各監(jiān)測點壓力峰值的原始數(shù)據(jù)，為確保實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，減少隨機性，對每3 次實驗結(jié)果取平均值。分析壓力在管網(wǎng)中傳播規(guī)律。

表2 各監(jiān)測點壓力峰值原始實驗數(shù)據(jù)Table 2 Original experimental data of peak pressure at each monitoring point

圖4 是對各管道上的傳感器測量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，選取部分變化較明顯數(shù)據(jù)整理而成的折線圖。

根據(jù)圖4a 數(shù)據(jù)分析管道L1中3 個測點壓力變化情況：在爆炸反應(yīng)初期的一段時間內(nèi)，3 個測點處均出現(xiàn)多個極點壓力峰值的情況，由于復(fù)雜爆炸管網(wǎng)的影響，壓力沖擊波在管網(wǎng)內(nèi)反復(fù)地疊加并且不斷衰減[10-11]。在爆炸后0～0.3 s 內(nèi)，各測點壓力峰值均以指數(shù)形式急劇上升。

圖4 各管道壓力變化折線圖Fig.4 Line chart of pressure changes of each pipeline

對于測點T1而言，在爆炸時間達(dá)到0.24 s 時，達(dá)到壓力爆炸峰值，為0.599 MPa，同時該壓力峰值也是整個爆炸反應(yīng)過程中壓力最大值，在0.4～0.6 s 內(nèi)，壓力值出現(xiàn)拐點并且有增大的現(xiàn)象，主要是由于管道L2相對于管道L1出現(xiàn)沖擊波回流現(xiàn)象，在0.6～1.2 s 內(nèi)，壓力值持續(xù)衰減，之后壓力值趨于平穩(wěn)，整個管道內(nèi)反應(yīng)結(jié)束。

對于測點T2，在爆炸初期壓力變化情況同測點T1大致相同，但在爆炸進(jìn)行到約為0.29 s 時，壓力值出現(xiàn)短暫下降之后又上升的情況，這位由于沖擊波在經(jīng)過“T”型管道路口時，沖擊波和爆炸管道壁面之間存在著繞射、反射等的作用，在局部區(qū)域內(nèi)造成湍流效應(yīng)，因而對沖擊波有著短暫的增大效果[12-13]，但由于沖擊波能量損耗以及管壁散熱等綜合因素影響，該測點的壓力峰值小于測點T1的壓力峰值，在0.35 s 時達(dá)到壓力峰值，為0.564 MPa。之后沖擊波沿著管道L1繼續(xù)向前傳播到達(dá)測點T3，由于能量損耗及管道散熱等影響，測點T3的壓力峰值繼續(xù)下降，在0.40 s 左右達(dá)到壓力峰值0.476 MPa，說明壓力沖擊波沿著長直管道傳播有明顯衰減現(xiàn)象，同時在爆炸反應(yīng)中后期，測點T3的變化浮動較小，這是由于測點T3相對靠后，受其他管道影響相對較小。測點T3總體壓力變化情況與測點T2相似，反應(yīng)進(jìn)行到1.22 s 時，各點壓力值趨于平穩(wěn)，同時爆炸沖擊波沿著管道繼續(xù)先前傳播。

根據(jù)圖4b 數(shù)據(jù)分析管道L2中2 個測點壓力變化情況：爆炸發(fā)生后，爆炸沖擊波首先由爆炸腔內(nèi)傳出，經(jīng)過管道L1后由“T”型管道路口傳到管道L2，依次通過測點T5、測點T6處，測點T5處到達(dá)壓力峰值時間要比測點T6處提前約0.07 s。

對于測點T5而言，在爆炸反應(yīng)初期階段，壓力值呈指數(shù)形式上升，在0.43 s 時達(dá)到壓力峰值0.572 MPa，壓力沖擊波經(jīng)過“T”型管道路口后，沖擊波壓力值并沒有出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，反而有所增大，這是因為經(jīng)過路口時在轉(zhuǎn)彎處出現(xiàn)湍流等現(xiàn)象，拐彎后沖擊波速度不斷增大，導(dǎo)致壓力峰值變大，由于沖擊波在之后傳播過程中疊加的作用，在0.48～0.73 s 內(nèi)，測點T5處出現(xiàn)4 次壓力峰值，但由于在后來管道內(nèi)的壓力衰減作用要大于壓力疊加作用，因此總體趨勢逐漸減小，在1.32 s 時趨于平穩(wěn)。

對于測點T6來說，反應(yīng)前期壓力變化趨勢與測點T5相同，在0.5 s 時達(dá)到壓力峰值0.513 MPa，隨后壓力沖擊波出現(xiàn)衰減，但在0.91～1.27 s 內(nèi)，測點T6處又先后出現(xiàn)了5 次較為明顯的峰值現(xiàn)象，這是由于壓力沖擊波在傳播到管道末端后發(fā)生較為明顯的反射現(xiàn)象，沖擊波之間相互疊加，導(dǎo)致壓力值增大，在多次的疊加過程中，沖擊波的能量不斷損失，壓力值不斷衰減。

根據(jù)圖4c 數(shù)據(jù)分析管道L3中2 個測點壓力變化情況：爆炸產(chǎn)生的沖擊波在經(jīng)過管道L1之后，要在經(jīng)過一個直角轉(zhuǎn)彎處，才能到達(dá)管道L3。因此，測點T4、測點T9到達(dá)壓力峰值時間要相對較晚。管道L3內(nèi)壓力變化趨勢與管道L2大致相同，但由于沖擊波到達(dá)兩個測點之前傳播了較長的距離，造成壓力沖擊波傳播過程中不斷的衰減，兩測點間到達(dá)壓力峰值的相隔時間要比管道L2中兩測點到達(dá)壓力峰值時間間隔長，為0.11 s。

對于測點T4而言，在反應(yīng)初期壓力峰值幾乎沒有變化，在0.38 s 時，壓力開始迅速增長，由于沖擊波在拐彎處沖擊波不斷疊加，以及產(chǎn)生的湍流現(xiàn)象，致使測點T4在達(dá)到壓力峰值之前就出現(xiàn)多個壓力峰值的現(xiàn)象，在反應(yīng)進(jìn)行到0.61 s 時，該測點到達(dá)壓力峰值0.373 MPa，之后壓力值呈現(xiàn)衰減趨勢，但在衰減階段，壓力值并不是呈直線下降，而是經(jīng)過數(shù)次壓力升降之后逐漸衰減[14]。

對于測點T9而言，在反應(yīng)初期壓力變化趨勢與測點T4大致相同，由于距離爆炸源位置較遠(yuǎn)，因此，沖擊波衰減效果較明顯，0.72 s 時達(dá)到壓力峰值0.297 MPa，之后壓力值開始衰減，在爆炸后期，由于沖擊波傳播到管道末端，發(fā)生反射造成沖擊波疊加，致使壓力值又出現(xiàn)了數(shù)次升降。

根據(jù)圖4d 數(shù)據(jù)分析管道L4中2 個測點壓力變化情況：爆炸產(chǎn)生的壓力沖擊波在管道內(nèi)要經(jīng)過兩次的拐彎才能到達(dá)管道L4，因此測點T7、測點T8到達(dá)壓力峰值時間相比其他測點要晚，在0～0.4 s 內(nèi)壓力值幾乎無變化，同時測點T8處壓力變化情況受兩條管道壓力沖擊波共同影響，因此，出現(xiàn)壓力峰值的時間出現(xiàn)在爆炸反應(yīng)的中后期階段，兩測點處壓力峰值出現(xiàn)時間相隔0.35 s，同其他在同一條管道上的兩測點相比，壓力峰值間隔時間最長。

對于測點T7而言，由于沖擊波要經(jīng)過管道L2之后經(jīng)過一個拐彎處才能到達(dá)測點T7，因此，反應(yīng)前期壓力值無明顯波動，在0.4 s 時，爆炸沖擊波到達(dá)管道L4，壓力值開始突然增加，在反應(yīng)進(jìn)行到0.57 s 時，達(dá)到壓力峰值0.423 MPa，只有由于管道內(nèi)沖擊波相互疊加并伴隨能量損失，壓力值經(jīng)過數(shù)次上下波動后開始逐步衰減。

對于測點T8，前期壓力值波動規(guī)律同測點T7大致相同，同時在反應(yīng)前半段時間并沒有達(dá)到壓力峰值，在反應(yīng)進(jìn)行到0.83 s 時，管道L3處的壓力沖擊波進(jìn)入管道L4中，導(dǎo)致該測點車壓力峰值在短時間內(nèi)又迅速上升，在0.92 s 時到達(dá)壓力峰值0.345 MPa，之后開始衰減，但由于管道L3末端反射回來的部分沖擊波會進(jìn)入管道L4內(nèi)，但方向相反的沖擊波相遇時，沖擊波相互疊加，造成壓力值上升[8]，因此，該測點在后續(xù)的壓力衰減過程中又出現(xiàn)壓力波動現(xiàn)象。

圖4 中各測點壓力變化規(guī)律大致相同，可以分為3 個階段：第一個階段為壓力平緩期，這個階段持續(xù)時間相對較短，壓力變化不明顯；第二個階段為壓力突變期，這個階段由于充入的瓦斯逐漸燃燒后發(fā)生爆炸，爆炸產(chǎn)生沖擊波不斷向前傳播，導(dǎo)致壓力持續(xù)增長，并且在壓縮波和火焰波的同時作用下出現(xiàn)顯著躍升，壓力迅速到達(dá)峰值[15]；第三個階段為平緩下降期，這個階段壓力呈逐漸下降趨勢，由于實驗管網(wǎng)末端開口，管內(nèi)外大氣壓一致，出口處不會產(chǎn)生爆炸波震蕩，并且最終各測點的爆炸超壓接近大氣壓強。

2.1.2 壓力衰減特征

爆炸沖擊波通過管網(wǎng)內(nèi)不同測點的衰減程度用壓力衰減系數(shù)k表示，通過上一個測點壓力峰值pi與下一個測點的壓力峰值pi+1相比較，以此來表示壓力峰值在管網(wǎng)內(nèi)的衰減特征，計算公式如下：

根據(jù)式(3)計算得出爆炸壓力沖擊波在管網(wǎng)內(nèi)經(jīng)過各個測點的壓力衰減系數(shù)見表3。根據(jù)壓力衰減系數(shù)計算公式可以看出，在某測點處的壓力衰減系數(shù)越大，說明在該測點的壓力衰減越明顯。分析表3 中各數(shù)據(jù)可以看出，隨著測點距離爆炸距離的增大，壓力峰值衰減系數(shù)逐漸增大，說明壓力的衰減程度變大。在如圖3 中A處的“T”形分岔路口處，測點T2和測點T5相對于測點T1的壓力衰減系數(shù)分別為1.058、1.063，說明壓力沖擊波在該位置的衰減不大；而在如圖3 中B處的直角拐彎處，測點T4相對于測點T3的衰減系數(shù)達(dá)到了1.287，在所有的測點處衰減系數(shù)最大，說明沖擊波在該處的衰減現(xiàn)象最明顯，這是因為在管道內(nèi)正常情況下沖擊波是向前不斷的傳播，但到了直角拐彎處傳播方向突然發(fā)生改變，導(dǎo)致沖擊波在一定范圍內(nèi)接連發(fā)生反射疊加等現(xiàn)象，造成了能量的大量損失，因此在該處沖擊波產(chǎn)生明顯的衰減現(xiàn)象。

表3 沖擊波在管網(wǎng)內(nèi)各測點的壓力衰減系數(shù)Table 3 Pressure attenuation factors of the shock wave at each measuring point in the pipe network

2.2 各管道火焰波傳播特性分析

2.2.1 火焰波速度變化情況與規(guī)律分析

火焰波傳播速度是研究瓦斯爆炸火焰波的一個重要參數(shù)，本實驗采用傳統(tǒng)的測量火焰波傳播速度方法，即通過在實驗管網(wǎng)的各支管中安裝2 個火焰?zhèn)鞲衅?，記錄火焰波的到達(dá)時間，在已知相鄰2 個火焰波傳感器距離的條件下可以計算出火焰波傳播的平均速度，計算公式如1.2 節(jié)中式(1)所示。

火焰鋒面到達(dá)各個測點位置的時間見表4。因此，根據(jù)式(1)以及表4 中各實驗結(jié)果數(shù)據(jù)，可以計算得出火焰波傳播速度，計算結(jié)果見表5，繪制各路線速度變化曲線(圖5)。

圖5 各測點火焰速度變化Fig.5 Variation of flame velocity at each measuring point

表4 各監(jiān)測點火焰鋒面到達(dá)時間原始實驗數(shù)據(jù)Table 4 Original experimental data of the arrival time of the flame front at each monitoring point

表5 火焰波速度突變系數(shù)Table 5 Flame wave velocity change coefficient

分析火焰波的O-A-C-D傳播路線可知，在火焰波進(jìn)入管網(wǎng)系統(tǒng)后，火焰波傳播速度出現(xiàn)了明顯的下降，火焰波傳播速度降低為94.86 m/s，降幅達(dá)到了46.3%，這是由于在“T”形分岔口處，火焰波的面積突然增大，導(dǎo)致傳播面的速度造成了損失，同時火焰波的氣流與管道內(nèi)壁產(chǎn)生了劇烈的碰撞，造成了能量的大量損失[16]。但火焰在C點處經(jīng)過直角彎路口時，速度降低到了23.37 m/s，在測點T8處沒有監(jiān)測到火焰信號，說明在10.1 m 處之前，火焰的傳播速度已經(jīng)降低為0 m/s。分析火焰波的O-A-B-D傳播路線，火焰在進(jìn)入管網(wǎng)后傳播速度同樣出現(xiàn)了大幅的下降，速度降為123.03 m/s，降幅為42.5%，管道L1中速度降低的幅度小于在管道L2中降低的幅度，說明在“T”形分岔口處，速度沿直線方向的損失要少于要垂直方向的損失，之后速度不斷下降，最后降低為18.26 m/s。

根據(jù)火焰波速度變化情況總結(jié)了火焰波速度變化規(guī)律：隨著測點與爆炸源的距離逐漸增加，各測點火焰波速度呈現(xiàn)下降趨勢，火焰波速度變化分為兩個時期，在爆炸初期，瓦斯在被點燃后，在管道內(nèi)不斷向前傳播，形成爆燃現(xiàn)象，隨著可燃?xì)怏w越來越多地加入燃燒反應(yīng)，爆燃逐漸形成了沖擊波，在高溫高壓氣流的作用下，火焰波的速度在爆炸腔內(nèi)達(dá)到速度峰值。在爆炸中后期，由于可燃?xì)怏w的消耗以及管網(wǎng)散熱等作用，火焰波傳播速度不斷降低[17]。

2.2.2 火焰波突變特征

火焰波在復(fù)雜管網(wǎng)中速度突變系數(shù)用γ來表示，用前兩測點間的火焰波速度與后兩測點間的速度之差比上前兩測點間的火焰波速度來代表速度突變特征，其計算公式如下：

根據(jù)式(4)火焰波速度，計算火焰波速度突變系數(shù)，結(jié)果見表5。

分析表中數(shù)據(jù)可知，火焰波突變的規(guī)律為：隨著火焰波傳播距離的增大，突變系數(shù)呈逐漸增大的趨勢，而隨著突變系數(shù)的增加，火焰波速度降幅較大。由此可知火焰波速度的突變特征與火焰波的傳播距離有很大的關(guān)系。

2.2.3 火焰波溫度變化情況與規(guī)律分析

將實驗過程中各測點所測得的火焰波溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，繪制各測點的火焰波溫度峰值(圖6)。

圖6 各測點溫度峰值Fig.6 Temperature peaks at each measuring point

在各測點中，測點T1溫度最高，達(dá)到了1 837 K，測點T9溫度最低，為1 521 K，其他測點溫度從高到低依次為：測點T5、測點T6、測點T2、測點T7、測點T8、測點T3、測點T4。

分析各測點所在管道發(fā)現(xiàn)，火焰波速度大的位置溫度不一定高，例如測點T5處火焰的傳播速度要小于測點T2處，但測點T5處的溫度反而要高于測點T2處，這是因為火焰波的溫度相對于火焰波的速度有一定的滯后性。爆炸反應(yīng)釋放能量在短時間內(nèi)耗散少[18-19]。

根據(jù)火焰波溫度變化總結(jié)出溫度變化規(guī)律：隨著傳播距離的不斷增大而呈現(xiàn)出減小的趨勢，同時在“T”型分岔口處垂直方向的溫度要大于水平方向的溫度，因為在瓦斯爆炸之后，產(chǎn)生的高溫產(chǎn)物不斷積聚，所以管道上部火焰溫度高于下部火焰[20]。

3 結(jié) 論

a.通過在利用自主設(shè)計搭建的實驗平臺，進(jìn)行復(fù)雜管道內(nèi)瓦斯爆炸沖擊波火焰波實驗，由實驗可知：壓力變化規(guī)律可大致分為3 個階段，第一個階段為壓力平緩期，這個階段持續(xù)時間相對較短，壓力變化不明顯；第二個階段為壓力突變期，壓力迅速到達(dá)峰值；第三個階段為平緩下降期，這個階段壓力呈逐漸下降趨勢。

b.火焰速度變化規(guī)律：隨著測點與爆炸源的距離逐漸增加，各測點火焰波速度呈現(xiàn)下降趨勢，火焰波速度變化分為兩個時期，在爆炸初期，火焰波的速度在爆炸腔內(nèi)達(dá)到速度峰值；在爆炸中后期，由于可燃?xì)怏w的消耗以及管網(wǎng)散熱等作用，火焰?zhèn)鞑ニ俣炔粩嘟档汀?/p>

c.對壓力衰減系數(shù)和速度突變系數(shù)進(jìn)行計算可知，隨著爆炸沖擊波與火焰波在復(fù)雜管網(wǎng)內(nèi)的傳播距離不斷增大，壓力值的衰減趨勢和速度值的突變趨勢也更加明顯。