第36卷第10期 北京科技大学学报 Vol.36 No.10 2014年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2014 管道中锆粉云火焰传播的温度与速度特性 王秋红”，孙金华)四，邓军” 1)西安科技大学能源学院，西安7100542)中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥230026 ☒通信作者，E-mail:sunjh@ustc.cdu.cn 摘要粉末状的锆金属不仅燃烧速度快，而且燃烧释放出的热量非常高，作为高能燃料被广泛应用在航天和军工领域.锆 金属以粉尘云的形态燃烧时，大量微小悬浮锆颗粒燃烧会形成具有一定面积的火焰，采用实验方法研究锆粉云火焰在竖直管 道中的温度和速度特性.研究结果表明，热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度有相同变化趋势，都随锆粉云 质量浓度增加先增大后减小.当锆粉云质量浓度为0.625kgm3时，出现最高火焰温度，可达1777.81℃，在此条件下管道中 最快火焰传播速度可达39.7m·s1.当质量浓度超过0.625kgm后，热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度 都会降低，主要是由于富燃料燃烧、管道中氧气不足而导致颗粒不能完全燃烧.实验得到了不同质量浓度锆粉云的最高火焰 温度值与最快火焰传播速度 关键词锆：粉尘云：火焰温度：火焰传播 分类号X945 Flame temperature and propagation speed characteristics of zirconium dust cloud flame propagation in pipelines WANG Qiu-hong,SUN Jin-hua,DENG Jun) 1)College of Energy,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an 710054,China 2)State Key Laboratory of Fire Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China Corresponding author,E-mail:sunjh@ustc.edu.cn ABSTRACT Zirconium powder is widely applied as high-energy fuel for it has not only a faster burning speed but also a stronger burning heat.Flame comes into being from the combustion of zirconium dust cloud with a lot of zirconium particles suspending in the air.A transient flame propagation experimental system was established to study the flame temperature and flame propagation speed characteristics of zirconium dust cloud in a vertical pipeline.The results indicate that the maximum flame temperature and the maxi- mum flame propagation speed of zirconium dust cloud have the same changing trend at thermocouple positions,i.e.,both their values increase firstly and then decrease with the increasing concentration of zirconium dust cloud.The maximum flame temperature reaches 1777.81C and the maximum flame propagation speed is up to 39.7ms when the concentration of zirconium dust cloud at 0.625 kgm3.But when the concentration exceeds 0.625 kgm3,both the maximum flame temperature and the maximum flame propagation speed decrease.The main reason is that zirconium particles occur incompletely burning owing to rich fuel combustion in the pipeline. KEY WORDS zirconium:dust cloud:flame temperature;flame propagation 锆是一种强延性、难熔、主要呈四价的金属元 点为1852℃，沸点为4377℃，密度为6.49gm-3. 素，属化学元素周期系的第Ⅳ族和第二过渡系，熔 由于锆的强延性非常高，直接将其进行机械粉碎难 收稿日期：20140403 基金项目：陕西省教有厅专项科研计划项目(2013K09947):中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室开放课题(H☑2013KF13):中国博士 后科学基金资助项目(2013M530430):陕西省博士后科学基金资助项目(2013K09947):西安科技大学博士启动资金资助项目(2012QDJ038): 西安科技大学培育基金资助项目(201245) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.10.015:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 10 期 2014 年 10 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 10 Oct． 2014 管道中锆粉云火焰传播的温度与速度特性 王秋红1) ，孙金华2) ，邓 军1) 1) 西安科技大学能源学院，西安 710054 2) 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥 230026  通信作者，E-mail: sunjh@ ustc． edu． cn 摘 要 粉末状的锆金属不仅燃烧速度快，而且燃烧释放出的热量非常高，作为高能燃料被广泛应用在航天和军工领域． 锆 金属以粉尘云的形态燃烧时，大量微小悬浮锆颗粒燃烧会形成具有一定面积的火焰，采用实验方法研究锆粉云火焰在竖直管 道中的温度和速度特性． 研究结果表明，热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度有相同变化趋势，都随锆粉云 质量浓度增加先增大后减小． 当锆粉云质量浓度为 0. 625 kg·m － 3时，出现最高火焰温度，可达 1777. 81 ℃，在此条件下管道中 最快火焰传播速度可达 39. 7 m·s － 1 ． 当质量浓度超过 0. 625 kg·m － 3后，热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度 都会降低，主要是由于富燃料燃烧、管道中氧气不足而导致颗粒不能完全燃烧． 实验得到了不同质量浓度锆粉云的最高火焰 温度值与最快火焰传播速度． 关键词 锆; 粉尘云; 火焰温度; 火焰传播 分类号 X 945 Flame temperature and propagation speed characteristics of zirconium dust cloud flame propagation in pipelines WANG Qiu-hong1) ，SUN Jin-hua2)  ，DENG Jun1) 1) College of Energy，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China 2) State Key Laboratory of Fire Science，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China  Corresponding author，E-mail: sunjh@ ustc． edu． cn ABSTＲACT Zirconium powder is widely applied as high-energy fuel for it has not only a faster burning speed but also a stronger burning heat． Flame comes into being from the combustion of zirconium dust cloud with a lot of zirconium particles suspending in the air． A transient flame propagation experimental system was established to study the flame temperature and flame propagation speed characteristics of zirconium dust cloud in a vertical pipeline． The results indicate that the maximum flame temperature and the maxi￾mum flame propagation speed of zirconium dust cloud have the same changing trend at thermocouple positions，i． e． ，both their values increase firstly and then decrease with the increasing concentration of zirconium dust cloud． The maximum flame temperature reaches 1777. 81 ℃ and the maximum flame propagation speed is up to 39. 7 m·s － 1 when the concentration of zirconium dust cloud at 0. 625 kg·m － 3 ． But when the concentration exceeds 0. 625 kg·m － 3，both the maximum flame temperature and the maximum flame propagation speed decrease． The main reason is that zirconium particles occur incompletely burning owing to rich fuel combustion in the pipeline． KEY WOＲDS zirconium; dust cloud; flame temperature; flame propagation 收稿日期: 2014--04--03 基金项目: 陕西省教育厅专项科研计划项目( 2013JK09947) ; 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室开放课题( HZ2013--KF13) ; 中国博士 后科学基金资助项目( 2013M530430) ; 陕西省博士后科学基金资助项目( 2013JK09947) ; 西安科技大学博士启动资金资助项目( 2012QDJ038) ; 西安科技大学培育基金资助项目( 201245) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 10． 015; http: / /journals． ustb． edu． cn 锆是一种强延性、难熔、主要呈四价的金属元 素，属化学元素周期系的第 IV 族和第二过渡系，熔 点为 1852 ℃，沸点为 4377 ℃，密度为 6. 49 g·m － 3 ． 由于锆的强延性非常高，直接将其进行机械粉碎难