658 南京工业大学学报(自然科学版) 第41卷 化规律,Lee等1]对长度分别为50、100、200和300动过程,无法使用纹影仪等光学观测设备观察管道 mm的一系列管道(内径10.9mm)进行了测试内部的流场结构。Km等m和 Yamashita等[在 (图1(c),结果表明:随着释放压力的增加,点火实验中,均使用了矩形截面的管道,管内流场结构 位置会向上游移动;在管道长度不足时,自燃火焰得以被清晰观测。两套装置的管道截面均为 仅存在于边界层中且离开管道后即减弱并熄灭。10mm×10m的正方形,Kim等{的装置中管道长 这说明管内发生自燃后初始火焰的发展和传播过度固定为300mm,而 Yamashita等[的装置中管道 程对于能否形成喷射火具有重要影响。然而,由于长度在200~-800mm可调。两者实验结果表明:自 无法观测到金属管道内部自燃发生以及火焰传播燃的发生有明确的临界条件,即管壁最大静压≥2.3 的情况,对于管内爆破片破裂后激波、火焰、氢气射MPa;当自燃发生时,火焰最先出现于混合区边界 流之间的相对运动和发展过程仍不清楚。 层,随后扩散到整个混合区,在此过程中混合区需 于是,Gmme等建立了一套长度630mm、内保持足够长时间,以待点火延迟时间过后形成稳定 径4mm的圆形截面透明管道装置(图2),用于直的自燃火焰;此外,释放压力和管道长度的增加导 接观察自燃火焰在管内产生的位置以及传播特性。致自燃概率上升,这是由于激波强度的提高导致了 在实验中发现:各工况下点火位置均起始于距爆破温度上升,管道长度的增加导致了多维激波作用的 片52mm处;混合区中的火焰随着火焰的传播会发增强。图3(a)即为 Yamashita等实验中记录的 生分裂,一部分火焰向前导激波运动随即淬灭,另不同时刻管道内激波前沿、火焰前沿与后端、氢气 部分向着接触面运动,接触面附近的这部分火焰射流前沿之间的相对位置及变化情况(流动方向从 会持续燃烧直至射流运动到管外。但是,当管道长左向右);图3(b)则展示了管道内自燃火焰的发生和 度长于火焰发生分裂的位置时,自燃火焰将不会引发展过程。综上所述,透明管道以及相关可视化技术 发喷射火。此外,由于圆形截面管道的光学特性,的使用,使得管道内部的流场结构以及激波、火焰、射 在实验中仅能通过相机观测火焰的相对位置和运流之间的相对运动得以清晰直观地展示出来。 a)Goub实验管道 (b) Glob实验管道内部结构1 (c)Lc实验管道mmy3 图1实验部件 Fig 1 Experimental apparatus components 图2 Grune实验中使用的透明管道 igtRansparent tube used in Grune experiments 16化规律，Ｌｅｅ 等 ［１５］对长度分别为 ５０、１００、２００ 和 ３００ ｍｍ 的一系列管道 （ 内径 １０􀆰 ９ ｍｍ） 进行了测试 （图 １（ｃ）），结果表明：随着释放压力的增加，点火 位置会向上游移动；在管道长度不足时，自燃火焰 仅存在于边界层中且离开管道后即减弱并熄灭。 这说明管内发生自燃后初始火焰的发展和传播过 程对于能否形成喷射火具有重要影响。 然而，由于 无法观测到金属管道内部自燃发生以及火焰传播 的情况，对于管内爆破片破裂后激波、火焰、氢气射 流之间的相对运动和发展过程仍不清楚。 于是，Ｇｒｕｎｅ 等 ［１６］建立了一套长度 ６３０ ｍｍ、内 径 ４ ｍｍ 的圆形截面透明管道装置（图 ２），用于直 接观察自燃火焰在管内产生的位置以及传播特性。 在实验中发现：各工况下点火位置均起始于距爆破 片 ５２ ｍｍ 处；混合区中的火焰随着火焰的传播会发 生分裂，一部分火焰向前导激波运动随即淬灭，另 一部分向着接触面运动，接触面附近的这部分火焰 会持续燃烧直至射流运动到管外。 但是，当管道长 度长于火焰发生分裂的位置时，自燃火焰将不会引 发喷射火。 此外，由于圆形截面管道的光学特性， 在实验中仅能通过相机观测火焰的相对位置和运 动过程，无法使用纹影仪等光学观测设备观察管道 内部的流场结构。 Ｋｉｍ 等 ［１７］和 Ｙａｍａｓｈｉｔａ 等 ［１８］在 实验中，均使用了矩形截面的管道，管内流场结构 得以 被 清 晰 观 测。 两 套 装 置 的 管 道 截 面 均 为 １０ ｍｍ×１０ ｍｍ的正方形，Ｋｉｍ 等［１７］的装置中管道长 度固定为 ３００ ｍｍ，而 Ｙａｍａｓｈｉｔａ 等［１８］的装置中管道 长度在 ２００ ～ ８００ ｍｍ 可调。 两者实验结果表明：自 燃的发生有明确的临界条件，即管壁最大静压≥２􀆰 ３ ＭＰａ；当自燃发生时，火焰最先出现于混合区边界 层，随后扩散到整个混合区，在此过程中混合区需 保持足够长时间，以待点火延迟时间过后形成稳定 的自燃火焰；此外，释放压力和管道长度的增加导 致自燃概率上升，这是由于激波强度的提高导致了 温度上升，管道长度的增加导致了多维激波作用的 增强。 图 ３（ ａ）即为 Ｙａｍａｓｈｉｔａ 等［１８］ 实验中记录的 不同时刻管道内激波前沿、火焰前沿与后端、氢气 射流前沿之间的相对位置及变化情况（流动方向从 左向右）；图 ３（ｂ）则展示了管道内自燃火焰的发生和 发展过程。 综上所述，透明管道以及相关可视化技术 的使用，使得管道内部的流场结构以及激波、火焰、射 流之间的相对运动得以清晰直观地展示出来。 图 １ 实验部件 Ｆｉｇ．１ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ 图 ２ Ｇｒｕｎｅ 实验中使用的透明管道［１６］ Ｆｉｇ．２ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｔｕｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ Ｇｒｕｎｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ［１６］ ６５８ 南 京 工 业 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） 第 ４１ 卷