局所的な火炎の発生段階での適切なパイプライン フレームアレスタの選択は、火炎の速度と圧力、およびパイプライン内で予想される火炎の強度に基づいて行う必要があります。を通してパイプ内の火炎伝播の研究では、パイプが十分に長く、十分な速度で燃焼し、十分なエネルギーがある場合、炎は 7 つの異なる段階または期間を経ることが示されています。

火炎が無限に長いパイプに沿って伝播するとき、火炎の各点の速度と圧力を図 10 に示します。瞬間的な圧力ピークは、次のような要因によって引き起こされる可能性があることに注意してください。各ポイントに設置された応答性の高い圧力計を表示します。発火点から始まり、炎が通過するいくつかの段階に A ～ F のマークが付けられます。

図10：着火源は長いパイプラインの閉断面にあり、火炎頭の各点における圧力と速度は模式図

低圧爆燃

火炎頭の圧力が接合層の膨張によって生成される最小圧力にある限り、火炎は音速以下で伝播します。この状況は低圧爆燃として知られています（図2）。11)。この段階では、速度は一般に 112 メートル/秒に達し、絶対圧力 (DP/Po) は 1 に相対的に増加します (最初は大気圧であり、ゲージ圧が 100kPa (g) 未満であると仮定します)。火炎伝播の初期状態は短いパイプ部分で展開します。たとえば、プロパンと空気の混合物の場合、パイプ部分の長さは約 3 メートルです。水素の場合、発火点から始まり、長さ約 1.0 メートルのパイプ部分では水素は低圧爆燃状態になります。

(DP/Po は、フレームアレスターの片側を点火源として使用した場合の、パイプライン システムにおける爆燃および爆発テストの測定された無次元比です。ここで、Po は初期システムです)絶対圧力の DP は、測定された絶対圧力から Po を引いたものです)

中圧爆燃

火炎がパイプに沿って伝播し続けるにつれて、その強度は増加し続け、中圧爆燃の動的状態になります。火炎速度は速くなりますが、それでも亜音速です - 約 200m/s火炎の圧力パルスは、DP/Po が 10 で中程度のレベルに達します。プロパンと空気の混合物の場合、屋内条件下では、火炎が 3 メートルから 10 メートルの距離を通過するときに、火炎は発火点から中圧の爆燃状態になります。比較すると、水素は 1 メートルから 2.5 メートルの距離で発火点から始まる中圧爆燃状態にあります。

高圧爆燃

中圧爆燃の限界を超え、伝播火炎は高圧爆燃状態に達します。火炎頭の速度 (依然として亜音速) は 300m/s に達し、境界が拡張されているためこの層によって生成される圧力により、DP/Po は最大 20 まで増加します。プロパンと空気の混合物の場合、発火点と高圧爆燃の間の距離はパイプ部分で 20 ～ 30 メートルです。水素と空気の混合物の場合、距離は 2.5 ～ 6 メートルです。

爆燃から爆発への変換

火炎頭の伝播速度が音速に達すると、DDT と呼ばれる爆燃から爆発への変換プロセスが発生します。炎の前の圧力パルスが衝撃となる波動火炎の前では、ガス膨張界面付近の圧縮空気の圧力は700kPa(g)に達します。この圧縮空気が炎と接触して爆発を引き起こします。爆発によって発生した熱、速度、圧力などのエネルギーは行き場がないため、パイプを伝って流れます。爆発は巨大な衝撃波を生成し、爆燃が爆発に変わる最初の点の上流と下流でガスを圧縮します。

爆発

爆発プロセスとは、音速以上の火炎頭の動きを指します。爆発により、炎の前の衝撃波によってガスの圧縮が増加します。爆発の過程で炎が伝播速度は 1900m/s、最大脈圧は 3500kPa (g)、DP/Po は 20 と高くなります。プロパンと空気の混合気の場合、この火炎伝播状態は、発火点から約 30 メートルのパイプ部分までの高圧爆燃後に発生します。水素の場合、発火点からパイプ部分まで約 10 メートルです。

過剰な（不安定な）爆発

火炎がパイプ内を伝播し続けると、火炎は過剰または不安定な爆発状態に入ります。火炎頭は超音速で動き、場合によってはガスは極超音速でも移動し、複数の衝撃波によって激しく圧縮されます。これは不安定で瞬間的な状況です。炎が爆燃から爆発に変化するとき、炎は衝撃波を蓄積し、密度を増加させます。炎の前のガスは、ディーゼル エンジンのシリンダー内の燃料混合物と同様に、圧縮され、発火点よりも高く加熱されます。圧縮ガスが自ら発火すると、最初の爆燃が爆発に変わったかのように、爆発によって膨大な量のエネルギーが放出されます。さらに、エネルギーはパイプラインによって制限されており、パイプラインに沿って前進することしかできません。火炎の速度はすでに超音速であり、火炎は極超音速まで加速され続けました。

この状況が起こる理由は一時的なもので、火炎の速度と圧力は火炎の前のガスの圧縮によって発生する巨大な衝撃波に依存するためです。これらの衝撃波は爆発後すぐに消え、火炎の速度と圧力が安定しました。過度の爆発のピーク速度は 2300m/s の範囲にあり、最大脈圧は約 20995KPa (g)、DP/Po は 130 と高くなります。パイプ内でのこの火炎伝播状況は、プロパンと空気の混合気の爆燃から爆発まで (DDT) を超える距離で始まり、点火源から約 60 メートル、または点火源から約 20 メートルのところで終わります。水素用。

定常状態の爆発

瞬間的な過爆発を超えて、伝播する火炎は最終的に安定した爆発力学に達します。火炎頭は音速以上で移動し、前方にある衝撃波の圧縮が発生します。パイプの反対側の端まで、炎は他の変形を受けることなく、常に安定した状態を保ちます。安定した爆轟プロセスでは、火炎速度は 300m/s の範囲内にあり、ピークパルス圧力は 3500KPa (g)、DP/Po は 20 です。

緩和爆発

火炎伝播プロセス中に、緩和爆発と呼ばれる爆発が断続的に発生します。この形式の爆発は、爆発限界に近い混合ガスで観察されます（「リーン」限界付近および「リッチ」限界付近の混合物に見られます。緩和デトネーションは爆燃から爆発まで起こるため、パイプライン内の一定距離内で過圧が発生する断続的な過大現象です。この周期的変化の間、衝撃波は急速な爆発と先行衝撃波の間で振動し、短いが安定した爆発段階である過爆発に変わります。