空腔长宽比对瓦斯爆炸冲击波传播规律的影响

近年国内外学者对瓦斯爆炸抑爆隔爆技术的研究主要围绕抑爆剂、吸能材料和空腔等开展。文献指出空腔具有抑制瓦斯爆炸传播的功能,且抑爆性能受空腔体积大小影响。为探索体积不变条件下空腔尺寸特征对瓦斯爆炸传播抑制性能的影响,设计了体积为0.08 m~3长宽比分别为5/8,8/5的矩形钢质空腔,壁厚10 mm,并将其铺设在36 m长的大型瓦斯爆炸管道系统中开展实验研究,考察瓦斯爆炸火焰和冲击波超压经过空腔后的变化规律。结果表明:长宽比5/8空腔对爆炸火焰、冲击波传播均有抑制作用,长宽比8/5空腔对爆炸火焰有抑制作用,但对冲击波传播有增强作用。在此基础上建立数值模型,将体积为0.08 m~3长宽比分别为1/10,2/5,5/8,1,8/5,5/2的空腔铺设在管道系统中开展数值模拟研究,研究发现:空腔对瓦斯爆炸冲击波传播抑制作用取决于空腔长宽比,长宽比越小,空腔对冲击波传播抑制作用越强;且存在临界长宽比,当长宽比1时,空腔对冲击波超压传播具有抑制作用,当长宽比1时,空腔对冲击波传播具有增强作用,长宽比为5/2时,增强现象最明显。最后,分析了空腔长宽比影响瓦斯爆炸冲击波传播规律作用机理,空腔长宽比越大,在出口和入口能接收到的反射波就越多,反射波在出口和入口叠加后产生的冲击波超压也就越大,反之越小;空腔长宽比越大,在空腔内参与爆炸的预混气体越多,腔内爆炸越剧烈,产生的增量冲击波就越强,反之越弱;因此,长宽比越大,空腔对瓦斯爆炸冲击波传播抑制作用越差,反之抑制作用越好,当长宽比大于临界长宽比时,空腔会增强瓦斯爆炸冲击波传播。