引言
可燃气体爆炸一直是威胁人类生产生活的严重灾害之一，因此对可燃气云爆炸的防治始终是众多学者关心的课题。众所周知，爆炸波的产生是由于可燃气体的加速燃烧导致的压力急剧上升引起的，因此直接的抑制压力或间接的降低火焰燃烧速度便成为人们防爆抑爆的主要手段，而金属丝网始终是阻火防爆的有利工具。早在1815年Ravy[1]就通过实验得到金属丝网可以使火焰淬熄的结论，并设计了灯罩以防止煤矿用沼气灯可能引起的瓦斯爆炸。津田 健[2] 对多层金属网的层数、间隔、以及放置角度对消焰性能的影响进行实验研究，也证明金属丝网对火焰的传播的确有抑制作用。Dupre[3] (1988) 利用衬在管壁上的多孔材料测得了爆轰波在阻尼段上游和下游的变化情况，认为横波的声吸收是爆轰波在通过阻尼段后衰减以致蜕变的主要原因。而郭长铭[4，5] 等通过实验研究得到的结论是，金属丝网等一类吸收材料既有吸收横波削弱爆轰波的作用，又有加强湍流使爆轰波得以恢复的作用。然而，金属丝网对普通可燃气体爆燃波的作用规律如何，还未见报道。
本文将通过测定开敞空间预混可燃气体爆炸场超压的变化规律，对多孔金属丝网对爆燃波的抑制作用进行初步的研究。

实验装置
实验装置如图1所示，用0.2mm厚度聚乙烯薄膜制作成形状规则的半球形气袋固定于地面，充满化学计量比（7.75％）的乙炔—空气预混气体后形成半球形气云，点火器置于气云中心，由于薄膜的约束相当小，可以看成无约束半球形气云 [6]。在薄膜外侧同心设置一个半球形的防爆丝网结构来抑制爆燃波。
压力传感器型号JYBK，量程-5~10KPa，供电24V-RC，精度±0.5%FS，动态响应时间是ms。
数据采集卡为HY—6040隔离型A/R板。A/R分辨率为12bit，精度为0.03%，通过率为10KHz（A/R转换时间为10μs），实验时输入电压档为0～10V。用计算机来储存和记录采集到的数据。实验采用两个12V直流电瓶串联给压力传感器提供24V电源。其型号为NS40ZSMF(12V，36Ah)。
 
1. 预混乙炔—空气;  2. 流量计;  3. 点火器;  4.半球形气云;
5. 金属丝网结构;  6.高压线圈;  7.压力传感器;  8.计算机
图1  抑爆实验装置
实验结果与讨论
实验统一采用化学计量比（7.75%）的乙炔—空气预混气体在气云中心点火爆炸，初始压力为大气压，金属丝网为40目。实验测得了丝网层数n、气云半径r等参数对丝网结构内外两侧压差 p的影响，并与开敞空间爆炸实验（没有设置金属丝网结构）的压力场进行了比较。
1．开敞空间爆炸实验
在做防爆实验之前，首先进行了开敞空间预混乙炔—空气爆炸实验，得到的开敞空间爆燃波超压随空间距离的变化关系曲线，如图2所示。
实验中采用半径为0.1m的气云，5个传感器均设置在气云外部，距点火中心分别为0.3，0.34，0.36，0.38和0.42m。
 
图2  超压—距离变化关系曲线

从实验结果中可以看到，开敞空间可燃气云爆炸场中压力的最大值出现在距离点火中心约0.36m处（即1.8r），这和文献[7]中得到的结论是一致的。
2. 设有金属丝网结构的爆炸实验

 
图3  r=0.2m,R=0.5m条件下，丝网内外两侧压力及两者差值随丝网层数的变化关系
系列1为内侧压力pin，系列2为外侧压力pout，系列3为内外压差： p＝pout-pin
图3为气云半径和丝网结构半径分别为0.2m和0.5m时，丝网结构内外两侧压力pin，pout及其差值 p随丝网层数（n分别为0，1，3，5和7）的变化关系。结果显示，当起运半径和丝网结构半径给定后，随着丝网层数的增加，丝网结构内侧压力逐渐增大，而外侧压力则先减小后增大，甚至超出内侧压力。丝网丝网结构内外两侧压差随着丝网层数的增加，也有一个先减小后增大的过程。当丝网层数n=3时，压差最小，约为-0.6kpa。表明此时的丝网结构对爆燃波的抑制作用最为明显。而当丝网设置超过3层以后，随着丝网层数的增加，压差逐渐增大，并出现了正值，说明此时丝网层数的增加并没有起到更好的抑制爆燃波的作用。
 
图4  R=0.5m,n=4时压力升降比率（pout-pin）/pin随气云半径r的变化关系
图4描述了在丝网结构半径R=0.5m，丝网层数n=4时，压力升降比率(pout-pin)/pin随气云半径的变化关系。当r<0.25m时，压力升降比率随着气云半径的增加而减小，而当r>0.25m时，随着气云半径的增加，压力升降比率逐渐增大并会出现正值。因此说明，在特定的丝网结构条件下，存在一个特定的气云半径（图4中为r=0.25m），在此气云半径条件下，丝网结构能起到最理想的抑制压力的作用。
另外，在r=0.1m，R=0.3m，n=9的条件下，将设有丝网结构的爆炸实验与开敞空间爆炸实验的压力场进行对比（图5）会发现，丝网层数较多（n=9）时，丝网结构外部的压力相对于开敞空间爆炸压力降低幅度并不明显。而且，由于丝网层数较多，阻力较大，使得丝网结构内部的压力较高，对丝网结构强度必然有一定的要求。因此，单纯的增加丝网层数并不能作为更好抑制爆燃波的有效方式。
 
图5  防爆实验（r=0.1m，R=0.3,n=9）与开敞空间实验比较

结论
（1） 在给定的气云半径以及防爆丝网半径条件下，丝网结构两侧压差随着丝网层数的增加，先减小后增大，存在一个最小值，此时的丝网结构对爆燃波的抑制作用也最为明显；
（2） 在给定的丝网结构条件下，存在一个具体的气云半径，在此气云半径条件下，丝网结构能起到最理想的抑制压力的作用；
（3） 丝网层数较多时，丝网结构外部的压力相对于开敞空间爆炸压力降低幅度并不明显，单纯的增加丝网层数并不能更好的抑制爆燃波的传播。

作者：宋占兵
文章来源：《天然气工业》