多孔介质中低压氢焰淬灭机制及临界佩克莱数(Pe)的调控研究

本研究通过红外(IR)/紫外(UV)成像技术，系统探究了铜/镍/聚氨酯多孔介质对20-70kPa氢-空气混合气火焰传播的影响，揭示了淬灭(quenching)、慢速火焰(slow flame)、加速(acceleration)和介质内淬灭四种模式，首次提出临界佩克莱数(Pe=58-75)是决定火焰行为的关键参数，为氢能安全防护提供了重要理论支撑。

　　

实验装置

实验在专为20-70kPa低压火焰研究设计的燃烧室中进行（图1）。通道总长730mm，高40mm，宽10mm。后壁(9)和侧壁采用亚克力材质，其热损失可忽略不计。

<火焰速度>

图2展示了当量比(ER)=0.5、初始压力40kPa时，空通道内25ms(a)和53ms(b)的火焰传播红外图像。火花点火后形成指状火焰，随着传播前端出现不均匀结构。

<讨论>

基于IR数据测算发现：多孔铜/镍内部火焰温度降幅与材料导热性呈正相关。当火焰深入介质时，铜的导热系数(400W/m·K)使其热损失效率比镍(90W/m·K)高3倍。

<结论>

研究发现：

1. 多孔铜在ER<0.4、P₀<30kPa时实现100%淬灭；

2. 临界Pe数区间58-75决定火焰加速/淬灭转换；

3. 聚氨酯(7-10PPI)的淬灭效率比金属泡沫低20%。

Bivol G.Yu：实验设计/论文撰写；Golovastov S.V.：数据分析/方法论；Kuleshov F.S.：实验操作；Golub V.V.：项目指导。

<利益声明>

作者声明无利益冲突。

<致谢>

本研究受俄罗斯科学基金会(21-79-10363)资助。