從圖2和圖3中可以看到,火焰波在經歷加速階段后并沒有以某恒定速度傳播。從能量守恒的觀點來看,當火焰波在能量獲取和消耗上達到平衡狀態,此平衡狀態又能夠得到維持,火焰波會以恒速傳播。但是在實際過程中,這種平衡是脆弱的,這是因為影響火焰波傳播狀態的因素有很多,如壁面熱損失、障礙物的存在、反應產物膨脹產生的稀疏波以及二次沖擊波都會影響火焰波的傳播狀態;另外,火焰波是在前驅沖擊波擾動后的區域傳播,火焰波的波前狀態也影響著火焰波的傳播規律,使前驅沖擊波和火焰波在傳播過程中互為影響,形成一種不穩定的爆炸傳播狀態,所以當火焰波在初始階段加速達到某一臨界速度之后,此臨界狀態很難維持。此時由于單位時間參與反應的瓦斯量減少,使能量釋放相應減少,火焰波開始減速傳播。同時,火焰波和前驅沖擊波之間距離和氣體體積的不斷增加,前驅沖擊波對火焰波和前驅沖擊波之間氣體狀態的影響減弱,可以將前驅沖擊波對火焰波前氣體狀態的影響忽略。此時,火焰波減速到層流火焰傳播速度數量級,并以此速度恒速傳播直至耗盡瓦斯,完成從爆炸向層流預混氣體正常燃燒的轉變。
根據以上分析,完整的瓦斯爆炸火焰波傳播經歷3個階段:首先,火焰波加速至峰值速度(v峰值);在第二階段,火焰波加速至峰值速度后,隨即減速傳播至某一速度(v燃燒),此速度可看作是層流預混氣體正常燃燒速度,這時可以將前驅沖擊波對火焰波前氣體狀態的影響忽略,完成瓦斯爆炸向層流預混氣體正常燃燒的轉變;在第三階段,火焰波以燃燒速度(v燃燒)恒速傳播直至耗盡瓦斯。
2.2前驅沖擊波傳播規律分析
根據火焰波的存在與否,前驅沖擊波的傳播可分為有能量支持的前驅沖擊波傳播階段和沒有能量支持的惰性沖擊波傳播階段。前驅沖擊波的傳播規律受到火焰波的傳播狀態的密切影響,表現出與火焰波相似的傳播規律,即開始階段,前驅沖擊波壓力和速度不斷加強,隨著火焰波傳播速度到達峰值后減速傳播,前驅沖擊波的壓力和速度也開始減弱。此外,缺乏足夠能量支持的前驅沖擊波還要承擔克服巷道摩擦阻力、壁面散熱、壓縮波前氣體和稀疏波弱化作用所產生的能量損失,導致前驅沖擊波在經歷加速階段之后減速傳播;鹧娌ㄏШ,前驅沖擊波傳播演變為沒有能量支持的惰性沖擊波傳播,惰性沖擊波的壓力和速度的下降趨勢更為明顯,最終沖擊波壓力下降到當地正常大氣壓力(P大氣壓),傳播速度衰減為聲速(v聲速)。
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