汽油蒸氣/空氣預(yù)混火焰的無(wú)拉伸層流燃燒速率*

李陽(yáng)超,杜 揚(yáng),齊 圣,李國(guó)慶,王世茂

(后勤工程學(xué)院供油系,重慶 401331)

汽油蒸氣/空氣預(yù)混火焰的無(wú)拉伸層流燃燒速率*

李陽(yáng)超,杜 揚(yáng),齊 圣,李國(guó)慶,王世茂

(后勤工程學(xué)院供油系,重慶 401331)

為了研究汽油蒸氣/空氣的爆炸特性，介紹了汽油蒸氣/空氣預(yù)混火焰的無(wú)拉伸層流燃燒速率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了無(wú)拉伸層流燃燒速率，與汽油的主要組分異辛烷和正庚烷與空氣的預(yù)混火焰層流燃燒速率做了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)汽油蒸氣/空氣的無(wú)拉伸層流燃燒速率小于異辛烷和正庚烷與空氣的預(yù)混火焰無(wú)拉伸層流燃燒速率，但無(wú)拉伸層流燃燒速率隨當(dāng)量比的變化規(guī)律相同，隨著當(dāng)量比增大，無(wú)拉伸層流燃燒速率呈先增大、再減小的變化趨勢(shì)，最大值在當(dāng)量比為1處取得。

汽油蒸氣;爆燃;預(yù)混火焰;超壓;無(wú)拉伸層流;燃燒速率

在石油工業(yè)生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和煉制過(guò)程中極易產(chǎn)生油料揮發(fā)現(xiàn)象，稍有不慎遇明火就會(huì)引發(fā)油氣爆炸，產(chǎn)生極其嚴(yán)重的后果。揮發(fā)性很強(qiáng)的汽油極易產(chǎn)生汽油蒸氣并與空氣混合形成可燃混合氣體，并且只需要極小的能量就能引發(fā)爆炸事故，常見(jiàn)的碳?xì)浠衔锏淖钚↑c(diǎn)火能量約為0.25 mJ[1]，危險(xiǎn)程度可想而知。所以，針對(duì)汽油蒸氣/空氣混合氣體爆炸的研究具有十分重要的工程價(jià)值和理論價(jià)值。無(wú)拉伸層流燃燒速率是評(píng)估可燃?xì)怏w爆炸的重要參數(shù)，因?yàn)閷恿魅紵俾拾岁P(guān)于可燃?xì)怏w混合物反應(yīng)活性、擴(kuò)散性、放熱性等基本信息[2]，也是確定可燃?xì)怏w詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理的依據(jù)[3]。

現(xiàn)在關(guān)于汽油/空氣預(yù)混可燃?xì)怏w的無(wú)拉伸層流燃燒速率研究，主要是對(duì)汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)燃料供給系統(tǒng)，將汽油噴射至氣缸內(nèi)霧化后與空氣混合形成的預(yù)混可燃?xì)怏w的無(wú)拉伸層流燃燒速率的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究[3-5]。然而對(duì)于汽油自然蒸發(fā)聚積并與空氣形成的可燃性混合氣體的無(wú)拉伸層流燃燒速率的研究卻未見(jiàn)報(bào)道，現(xiàn)有的幾種經(jīng)典爆炸理論與數(shù)值模型，例如：等溫模型、絕熱模型[6]和湍流燃燒速率模型等都需要可燃?xì)怏w層流燃燒速率作為關(guān)鍵的計(jì)算參數(shù)。所以對(duì)于汽油蒸氣爆炸防控技術(shù)來(lái)說(shuō)，研究汽油蒸氣/空氣預(yù)混氣體的無(wú)拉伸層流燃燒速率對(duì)油氣爆炸的理論計(jì)算和數(shù)值模擬研究至關(guān)重要。

本文中，主要針對(duì)93號(hào)汽油蒸氣/空氣混合氣體的爆炸特性進(jìn)行研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得汽油蒸氣/空氣預(yù)混火焰的爆炸超壓-時(shí)間數(shù)據(jù)和火焰?zhèn)鞑D像，基于漸近分析法和外推法對(duì)火焰?zhèn)鞑D像進(jìn)行分析計(jì)算得到層流無(wú)拉伸燃燒速率，為油氣爆炸理論及數(shù)值模擬研究提供關(guān)鍵參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與方案

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示，為了更好地表現(xiàn)火焰?zhèn)鞑ニ俾逝c超壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用超壓測(cè)量、數(shù)據(jù)采集與高速攝影同步進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)方法。為了測(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俾?，本?shí)驗(yàn)在帶有可視化窗口的立方體容器主實(shí)驗(yàn)臺(tái)架中進(jìn)行。容器的截面尺寸為200 mm×200 mm，長(zhǎng)為500 mm?？梢暬安捎娩摶Ａ?，透光度良好。本實(shí)驗(yàn)使用高能點(diǎn)火器在爆炸容器中心處通過(guò)點(diǎn)火桿點(diǎn)火，其點(diǎn)火能量為2 J。數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)與壓阻式傳感器相連來(lái)采集爆炸過(guò)程中的瞬態(tài)超壓，壓力傳感器量程為0～2 MPa，采樣頻率設(shè)置為20 kHz，采樣長(zhǎng)度為2 ms。汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)使用GXH-1050型碳?xì)浠衔矬w積分?jǐn)?shù)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量。主實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的端部使用盲板和墊圈進(jìn)行密封，保證了良好的氣密性。為模擬實(shí)際儲(chǔ)油過(guò)程中揮發(fā)產(chǎn)生的汽油蒸氣，采用汽油蒸氣發(fā)生與供給系統(tǒng)快速產(chǎn)生汽油蒸氣，該系統(tǒng)通過(guò)一臺(tái)真空泵以恒定的流速向主實(shí)驗(yàn)臺(tái)架中供給氣體。其操作流程為：打開(kāi)球閥a、b、d和e，關(guān)閉球閥c，這時(shí)真空泵產(chǎn)生的氣流以恒定流速向油瓶中吹氣，因?yàn)檫B接球閥d的管路在汽油液面以下，氣流使液態(tài)汽油不斷翻滾，加速了液態(tài)汽油中輕質(zhì)組分的揮發(fā)，再通過(guò)液面以上的管路輸送到主實(shí)驗(yàn)容器中；當(dāng)碳?xì)潴w積分?jǐn)?shù)測(cè)試儀顯示達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需體積分?jǐn)?shù)時(shí)，關(guān)閉球閥d、e，打開(kāi)球閥c，使汽油蒸氣在容器中循環(huán)一段時(shí)間，使得汽油蒸汽與空氣混合均勻。當(dāng)碳?xì)錅y(cè)試儀顯示體積分?jǐn)?shù)不再變化時(shí)，關(guān)閉真空泵和球閥a、b，防止汽油蒸氣泄漏，碳?xì)錅y(cè)試儀繼續(xù)測(cè)量15 s，保證體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定不變后，即認(rèn)為容器中汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用高速攝影儀記錄火焰發(fā)展過(guò)程，所使用的高速攝影儀拍攝速率為250 s-1。整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由電腦上的同步控制系統(tǒng)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火、測(cè)壓與高速攝影同步進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)的工況條件：汽油蒸氣/空氣混合物中汽油蒸氣的體積分?jǐn)?shù)為1.50%、1.65%、1.70%、2.00%、2.48%，初始?jí)毫?.1 MPa,初始溫度為300 K,點(diǎn)火能量為2 J,拍攝速率為250 s-1。每組汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)下的實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)5次，每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差在2%以?xún)?nèi)，實(shí)驗(yàn)具有較高的重復(fù)性。

2 無(wú)拉伸層流燃燒速率與馬克斯坦長(zhǎng)度的計(jì)算方法

可燃?xì)怏w的層流燃燒速率和馬克斯坦長(zhǎng)度的獲取通常有以下3種方法:方法1，根據(jù)可燃?xì)怏w爆炸過(guò)程中火焰?zhèn)鞑ニ俾实臏y(cè)量結(jié)果，進(jìn)行一系列計(jì)算得到[4,7-9]；方法2，通過(guò)先進(jìn)的圖像后處理技術(shù)，如層析圖像和PIV(particle image velocimetry)技術(shù)直接測(cè)量火焰鋒面相對(duì)于新鮮未燃?xì)怏w的傳播速率，根據(jù)燃燒速率的定義(燃燒速率是火焰前鋒相對(duì)于前方未燃?xì)怏w的相對(duì)傳播速率)，測(cè)量值即為層流燃燒速率[4-5]；方法3，通過(guò)熱流法來(lái)獲取層流燃燒速率[10]。本文中采用方法1計(jì)算無(wú)拉伸層流燃燒速率，該方法也是應(yīng)用最普遍的計(jì)算燃料/空氣混合氣體無(wú)拉伸層流燃燒速率的方法。

首先，通過(guò)高速攝影儀得到汽油蒸氣爆炸過(guò)程中火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程圖像，從圖像信息中提取不同時(shí)刻的火焰半徑Rfla，關(guān)于火焰半徑的提取方法需根據(jù)特定工況條件下的火焰?zhèn)鞑顟B(tài)來(lái)確定。實(shí)驗(yàn)中火焰形態(tài)會(huì)受到容器形狀、拉伸、Lewis數(shù)和可燃?xì)怏w當(dāng)量比的影響，所以為了使火焰半徑的測(cè)量誤差盡可能控制在較小的范圍內(nèi)，針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)狀況研究者們采用了不同的提取方法。A.Hayakawa等[11]利用圓柱形容器，在中心點(diǎn)火條件下研究層流燃燒速率，將紋影圖像中與火焰面積相等的圓的半徑等效為火焰半徑。齊圣[12]在測(cè)量容積式密閉空間內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俾实膶?shí)驗(yàn)中，鑒于火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中出現(xiàn)的水母形火焰[11]，導(dǎo)致火焰在水平方向與垂直方向上傳播速率具有明顯的差異，采用取火焰3個(gè)傳播方向上速率平均值作為火焰?zhèn)鞑ニ俾?。本文中所使用的容器與齊圣[12]的實(shí)驗(yàn)容器形狀相同，且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也出現(xiàn)水母形火焰，所以本文中采用齊圣[12]的火焰半徑提取方法，來(lái)計(jì)算本實(shí)驗(yàn)中的拉伸火焰速率SN。該方法需測(cè)量水平、豎直方向上共3個(gè)火焰半徑值，如圖2火焰半徑提取示意圖所示。根據(jù)下式：

(1)

可以計(jì)算出實(shí)際火焰半徑rfla，其中α為實(shí)際距離與高速攝影圖像中距離的比值。由此，可以得到球狀預(yù)混火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中的拉伸火焰速率：

(2)

式中：t為時(shí)間。

通過(guò)拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俾蔛N來(lái)計(jì)算無(wú)拉伸層流燃燒速率SL需要考慮實(shí)際火焰面?zhèn)鞑ミ^(guò)程中變形的影響。理論上，無(wú)拉伸層流燃燒速率SL是指在無(wú)限大平面中層流火焰(一維)的燃燒速率，但是實(shí)驗(yàn)中預(yù)混火焰的火焰鋒面在傳播過(guò)程中發(fā)生彎曲變形，形成了球狀火焰，所以拉伸效應(yīng)對(duì)層流燃燒速率的影響必須考慮在內(nèi)。通過(guò)火焰拉伸率ε來(lái)表征火焰的拉伸程度，其為單位時(shí)間、單位面積火焰表面積的變化率。對(duì)于以球狀傳播的火焰，其拉伸率ε可以用下式表示：

(3)

SS-SN=Lbε

(4)

式中:Lb為已燃?xì)怏w的馬克斯坦長(zhǎng)度。因此，無(wú)拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俾蔛S可以由外推法[14]得到，即當(dāng)ε→0(或rfla→∞)時(shí)，SS=SN，而SN是可以通過(guò)高速攝影圖像測(cè)量計(jì)算得到的。得到SS后，無(wú)拉伸層流燃燒速率SL可以由下式計(jì)算得到：

(5)

式中：ρu為未燃?xì)怏w密度，ρb為已燃?xì)怏w密度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1火焰形態(tài)

如圖3所示為汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)為2.00%時(shí)的火焰時(shí)序圖像，從圖3可以發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)中從32 ms開(kāi)始，火焰核心逐漸脫離點(diǎn)火中心向上方運(yùn)動(dòng)，從40 ms以后開(kāi)始出現(xiàn)水母形火焰。這是由于浮力作用[11]的緣故，火焰形態(tài)發(fā)生了顯著的變化，火焰?zhèn)鞑ニ俾室搽S之發(fā)生變化，導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中3個(gè)方向上的火焰?zhèn)鞑ニ俾十a(chǎn)生差異。火焰核心受浮力作用向上運(yùn)動(dòng)，并不斷朝水平方向發(fā)展，火焰從球狀火焰逐漸發(fā)展為水母形火焰。為保證無(wú)拉伸層流燃燒速率計(jì)算的可靠性，需要盡可能避免浮力作用的影響。如圖4所示，對(duì)比汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)為1.48%的汽油蒸氣/空氣預(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俾屎推驼魵怏w積分?jǐn)?shù)為1.65%的汽油蒸氣/空氣預(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俾士芍?，汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)低的汽油蒸氣/空氣混合物火焰?zhèn)鞑ニ俾氏鄬?duì)較慢，容易受浮力作用的干擾，此時(shí)通過(guò)高速攝影圖像得到的火焰?zhèn)鞑ニ俾适前烁×ν婆e作用的火焰?zhèn)鞑ニ俾?，在低體積分?jǐn)?shù)情況下應(yīng)該使用高速激光層析掃描記錄的方法得到火焰鋒面與未燃新鮮氣體之間的相對(duì)速率來(lái)得到燃燒速率[5]，所以不能使用本文中所述方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量[11]。在高體積分?jǐn)?shù)條件下，高速攝影圖像顯示沒(méi)有形成明顯的球狀火焰，如圖4中汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)為2.90%的汽油蒸氣/空氣預(yù)混火焰所示，因此也不能使用本文中所述方法。汽油蒸氣/空氣混合氣體在常溫常壓條件下的爆炸極限為汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)在0.92%～3.76%之間[3]，本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)在1.50%～2.48%之間，即汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)在1.63～2.70倍爆炸極限下限LEL(lower explosion limitation)之間的汽油蒸氣/空氣混合氣體在爆炸初期階段具有較快的火焰?zhèn)鞑ニ俾屎兔黠@的球狀火焰，相比低體積分?jǐn)?shù)預(yù)混油氣火焰的傳播速率其受到的浮力作用可以忽略，所以適合使用本文中所述方法進(jìn)行火焰?zhèn)鞑ニ俾实奶崛?。因此，本文中選取該區(qū)間內(nèi)4種汽油蒸氣初始體積分?jǐn)?shù)1.50%、1.65%、1.70%、2.00%下的預(yù)混氣體火焰作為研究對(duì)象。

3.2無(wú)拉伸層流燃燒速率

可燃?xì)怏w的無(wú)拉伸層流燃燒速率與初始?jí)毫?、點(diǎn)火能和溫度等參數(shù)有關(guān)[15]，針對(duì)一般石油工業(yè)中油氣泄漏事故大多發(fā)生在常溫常壓情況下，汽油蒸氣/空氣預(yù)混氣體遇明火發(fā)生爆炸事故的案例占大多數(shù)，所以本文中研究在常溫常壓條件下汽油蒸氣/空氣混合氣體的無(wú)拉伸層流燃燒速率，實(shí)驗(yàn)容器初始狀態(tài)為常溫常壓。點(diǎn)火能對(duì)初期火焰燃燒速率的影響很大，點(diǎn)火能越高，火焰燃燒速率越快，且升壓速率越平穩(wěn)，火焰核心越易達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[15]，但是過(guò)高的點(diǎn)火能使得火焰燃燒速率過(guò)快而高速攝影儀采集速率有限，導(dǎo)致火焰燃燒速率計(jì)算精度降低，當(dāng)點(diǎn)火能設(shè)置為2 J時(shí)能滿足要求。為了減小點(diǎn)火能的影響，使火焰燃燒速率獨(dú)立于點(diǎn)火能，一些研究者認(rèn)為當(dāng)火焰直徑大于6 mm(臨界直徑)時(shí)火焰燃燒速率不受影響[10,15-16]，所以本文中取火焰半徑rfla大于6 mm時(shí)的圖像進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，要保證火焰發(fā)展過(guò)程中壓力盡可能保持在一個(gè)大氣壓附近，所以只有火焰?zhèn)鞑コ跗趬毫ι仙炔淮髸r(shí)的火焰在本文中才具有研究?jī)r(jià)值。將點(diǎn)火時(shí)刻到爆炸超壓上升幅度在初始?jí)毫i的10%范圍內(nèi)的時(shí)間間隔定義為爆炸孕育期τpreg，如圖5所示為汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)為2.00%的汽油蒸氣/空氣預(yù)混氣體爆炸孕育期示意圖。從點(diǎn)火時(shí)刻0 ms開(kāi)始，壓力經(jīng)過(guò)緩慢上升達(dá)到10%pi時(shí)的這段時(shí)間即為爆炸孕育期τpreg，而且在τpreg內(nèi)3個(gè)方向上的火焰半徑rfla,1、rfla,2、rfla,3要滿足不受壁面作用影響的臨界條件：rfla≤30%rves，即火焰半徑范圍要在容器半徑rves的30%以?xún)?nèi)[17]。在本實(shí)驗(yàn)中4種汽油蒸氣初始體積分?jǐn)?shù)條件下，在τpreg內(nèi)均可以認(rèn)為容器中壓力恒定，且火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中不受點(diǎn)火能和壁面作用的影響。

以汽油蒸氣初始體積分?jǐn)?shù)為2.00%的汽油蒸氣/空氣混合氣體為例，說(shuō)明無(wú)拉伸層流燃燒速率的計(jì)算過(guò)程。首先，通過(guò)火焰的高速攝影圖像(圖3)得到火焰在τpreg階段內(nèi)在水平、豎直共3個(gè)方向上的火焰半徑，取其平均值得到火焰半徑rfla，通過(guò)式(2)得到拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俾蔛N。進(jìn)而，發(fā)現(xiàn)火焰?zhèn)鞑ニ俾蔛N隨火焰拉伸率ε變化的規(guī)律，如圖6所示，大致呈線性變化規(guī)律，所以根據(jù)式(4)進(jìn)行線性擬合，得到拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俾蔛N(cm/s)關(guān)于火焰拉伸率ε(s-1)的線性函數(shù)，如下式所示：

SN=238.57-0.426ε

(6)

由上文可知，通過(guò)漸進(jìn)分析可得無(wú)拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俾蔛S與拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俾蔛N的差值與火焰拉伸率ε成比例，且比例常數(shù)即為已燃?xì)怏w馬克斯坦長(zhǎng)度Lb。對(duì)式(6)使用外推法(ε→0)，得到圖6中縱軸截距即為汽油蒸氣初始體積分?jǐn)?shù)為2.00%時(shí)汽油蒸氣/空氣混合氣體的無(wú)拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俾蔛S，為238.57 cm/s，已燃?xì)怏w的馬克斯坦長(zhǎng)度Lb為0.426 cm。然后，通過(guò)式(5)得到無(wú)拉伸層流燃燒速率SL，關(guān)于已燃?xì)怏w與未燃?xì)怏w密度的比值可由文獻(xiàn)[18]中得知，典型的常壓烴/氧火焰，燃燒前后氣體的密度比約為7，油氣的主要成分為烷烴、芳香烴等輕質(zhì)組分，且爆燃初期烴分別與空氣和氧氣預(yù)混燃燒的反應(yīng)速率差別不大，因?yàn)榭諝庵械难鯕庠诔跗谝蔡幱诟蛔銧顟B(tài)，所以本文中采用烴/氧火焰常壓爆燃前后氣體密度比。最后，汽油蒸氣/空氣預(yù)混氣體的SL計(jì)算結(jié)果為34.08 cm/s。

由以上方法得到其他幾種體積分?jǐn)?shù)下混合可燃?xì)怏w的無(wú)拉伸層流燃燒速率SL和馬克斯坦長(zhǎng)度Lb，為便于和其他燃料/空氣混合物的SL進(jìn)行對(duì)比，需要將汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)換算為當(dāng)量比Φ，由于汽油蒸氣不同于單一組分可燃?xì)怏w，如甲烷、氫氣等，其化學(xué)成分復(fù)雜，難以準(zhǔn)確確定其化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)組分，根據(jù)文獻(xiàn)[19]以異辛烷作為汽油蒸氣的主要成分，確定了汽油蒸氣/空氣燃燒反應(yīng)時(shí)的化學(xué)當(dāng)量比1在汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)1.65%下取得，通過(guò)換算后的當(dāng)量比Φ與無(wú)拉伸層流燃燒速率SL之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖7所示。

根據(jù)圖7可知，汽油蒸氣/空氣預(yù)混氣體無(wú)拉伸層流燃燒速率與文獻(xiàn)[5,20]中異辛烷、正庚烷和甲烷與空氣的預(yù)混氣體的無(wú)拉伸層流燃燒速率隨當(dāng)量比變化的規(guī)律一致，即呈拋物線型變化規(guī)律，在當(dāng)量比為1時(shí)取得最大值。本文的汽油蒸氣由車(chē)用93號(hào)汽油揮發(fā)產(chǎn)生，文獻(xiàn)[19]中則使用異辛烷代替汽油蒸氣的主要成分，但是從無(wú)拉伸層流燃燒速率SL來(lái)看，汽油蒸氣/空氣預(yù)混氣體與異辛烷/空氣、正庚烷/空氣、甲烷/空氣預(yù)混氣體的燃燒速率具有較大差異，所以不能簡(jiǎn)單地使用異辛烷或正庚烷與空氣的預(yù)混火焰無(wú)拉伸層流燃燒速率SL代替真實(shí)的汽油蒸氣/空氣預(yù)混火焰的SL。無(wú)拉伸層流燃燒速率是表征可燃?xì)怏w化學(xué)反應(yīng)劇烈程度、擴(kuò)散性、放熱性的基本參數(shù)，所以汽油蒸氣與異辛烷、正庚烷、甲烷在化學(xué)性質(zhì)上還存在較大的差異，在研究汽油蒸氣/空氣預(yù)混氣體爆炸時(shí)不能簡(jiǎn)單地以異辛烷、正庚烷等汽油主要成分代替其組分，在研究汽油蒸氣/空氣預(yù)混氣體湍流燃燒和汽油蒸氣爆炸的等溫、絕熱反應(yīng)模型時(shí)不能簡(jiǎn)單地套用異辛烷、正庚烷等燃料的燃燒速率，而應(yīng)該使用相應(yīng)的汽油蒸氣在特定工況(壓力、溫度)條件下的燃燒速率，進(jìn)而得到更符合工程實(shí)際的結(jié)論。

4 結(jié) 論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論分析獲得了汽油蒸氣初始體積分?jǐn)?shù)為1.50%、1.65%、1.70%、2.00%時(shí)在常溫常壓下的汽油蒸氣/空氣混合氣體的無(wú)拉伸層流燃燒速率，主要結(jié)論如下：

(1)采用漸進(jìn)分析和外推法得到拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俾逝c無(wú)拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俾手g的線性關(guān)系，進(jìn)而得到無(wú)拉伸層流燃燒速率。為避免浮力作用、點(diǎn)火能及壁面作用的干擾，本文中汽油蒸氣/空氣預(yù)混氣體僅適用于汽油蒸氣初始體積分?jǐn)?shù)在1.50%～2.48%，即汽油蒸氣體積分?jǐn)?shù)在1.63～2.70倍爆炸極限下限之間的無(wú)拉伸層流燃燒速率的計(jì)算。

(2)層流預(yù)混火焰在密閉容器中傳播時(shí)，容易受到浮力作用的影響，進(jìn)而形成水母形火焰，導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ニ俾室彩艿接绊?，尤其在低體積分?jǐn)?shù)時(shí)火焰?zhèn)鞑ニ俾瘦^慢，火焰?zhèn)鞑ニ俾适艿礁×ψ饔玫挠绊憞?yán)重，導(dǎo)致不能使用本文所述方法進(jìn)行燃燒速率的計(jì)算，應(yīng)該借助于更先進(jìn)的激光層析攝影技術(shù)來(lái)測(cè)量層流燃燒速率。

(3)汽油蒸氣/空氣預(yù)混火焰無(wú)拉伸層流燃燒速率不同于異辛烷、正庚烷等汽油主要組分與空氣混合氣體的火焰無(wú)拉伸層流燃燒速率，但是火焰無(wú)拉伸層流燃燒速率隨當(dāng)量比變化的規(guī)律與異辛烷、正庚烷和甲烷與空氣混合氣體的相同，呈現(xiàn)拋物線型變化規(guī)律，最大值在當(dāng)量比為1處取得。

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Abstract: In order to characterize the explosion of the gasoline vapor/air mixture, we introduced the unstretched laminar burning velocity of premixed gasoline vapor/air flame to the research of the mixture. The unstretched laminar burning velocity was experimentally studied and compared with those of two mixture gases consisting of such major compositions of gasoline as isooctane andn-heptane, respectively. The results show that the unstretched laminar burning velocity of the prepared gasoline vapor/air mixture is lower than those of the isooctane/air mixture gas and then-heptane/air misture gas, but it takes on a similar tendency to change with the equivalence ratio, i.e. the unstretched laminar burning velocity firstly increases and then decreases with the increase of the equivalence ratio, and the maximum value can be obtained at the equivalence ratio of 1.

Keywords: gasoline vapor; deflgration; premixed flame; overpressure; unstretched laminar; burning velocity

(責(zé)任編輯 張凌云)

Gasolinevapor/airpremixedflame’sunstretchedlaminarburningvelocity

Li Yangchao, Du Yang, Qi Sheng, Li Guoqing, Wang Shimao

(DepartmentofPetroleumSupplyEngineering,LogisticalEngineeringUniversity,Chongqing401311,China)

O381國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼13035

A

10.11883/1001-1455(2017)05-0863-08

2016-03-15；

2016-10-18

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51704301);國(guó)防科技基金項(xiàng)目(3604031)重慶市研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(CYS15235,CYB16128)

李陽(yáng)超(1991— )，男，碩士研究生,liyangchao91@163.com。