水霧對RDX 粉塵爆炸的抑制作用

摘要： 為研究水霧對RDX 粉塵爆炸的抑制作用，自主設計了可視化方管粉塵爆炸水霧抑制系統，選擇了不同噴嘴類型、噴孔直徑以及霧化壓力等實驗條件，以RDX 粉塵爆炸火焰傳播動態、爆炸壓力以及爆炸溫度等變化，判斷不同條件下水霧對RDX 粉塵爆炸特性的影響。結果表明：在同一霧化壓力下，不同類型噴嘴噴出水霧對RDX 粉塵爆炸抑制效果不同，離心噴嘴噴出水霧抑爆效果最好；隨著霧化壓力增大，水霧對RDX 粉塵爆炸抑制作用增強；在實驗選用的0.8、1.2、1.5、2.0、2.4 mm 五種孔徑離心噴嘴中， 1.5 mm 孔徑離心噴嘴噴出水霧抑爆效果最佳，在霧化壓力4 MPa下，RDX 粉塵爆炸壓力僅為0.118 4 MPa，相比于無水霧時RDX 粉塵爆炸壓力0.456 1 MPa，壓力峰值降低了74.0%，爆炸溫度為234 ℃，相比于無水霧時RDX 粉塵爆炸溫度774 ℃，溫度峰值降低了69.8%。

關鍵詞： RDX；粉塵爆炸；水霧；抑爆；壓力

中圖分類號： O389; TJ55; X944 國標學科代碼： 13035 文獻標志碼： A

火炸藥爆炸事故很多是由初期的燃燒得不到有效控制引起[1-3]。抑爆技術能在火炸藥燃燒初期有效扼制此類事故，同時也能使火炸藥爆炸沖擊波強度得到有效降低。由于火炸藥燃爆不需要外界氧氣參與，所以惰性氣體和惰性粉塵不適用于此類爆炸品的抑爆。而水介質由于抑爆機理不同于惰性氣體和粉塵，因此可以起到有效的抑爆作用。目前火炸藥工房中鋪設的消防雨淋系統等是通過噴水進行滅火[4-5]，存在一定的不適用性，不能直接用于火炸藥爆炸抑制。

Keenan 等[6] 在彈藥庫房外圍設置雨淋水圍擋，以研究水對彈藥爆炸壓力峰值及比沖影響，研究表明，雨淋能夠將爆炸后超壓峰值降低25% 以上，爆炸比沖量也能有效被降低。Marchand 等[7] 也在給定質量的TNT 炸藥周圍設置雨淋水，對比雨淋對爆炸沖擊波壓力衰減影響，實驗發現增設雨淋后，炸藥爆炸沖擊波壓力由2.46 MPa 降為1.703 MPa。Shin 等[8] 利用數值模擬方法研究了水膜對TNT 炸藥爆炸沖擊波衰減的影響，研究結果表明，水膜延遲了沖擊波前鋒的傳播，降低了初始峰值壓力，TNT 爆炸峰值壓力隨水膜厚度增加而減小。Buzukov[9] 研究發現使用導爆索爆炸拋撒水形成的水膜具有較佳的防護性能，使用爆炸沖擊波等效藥量衡量，防護效果相當于減少藥量90%。Tomotaka 等[10] 設計了一根長330 mm，橫截面30 mm×30 mm 的半封閉實驗管道，研究大體積水對炸藥爆炸沖擊波衰減影響，結果顯示，大體積水能吸收33%～45% 的爆炸能。Pontalier 等[11] 將8 g C-4 炸藥及雷管封裝于裝滿水的塑料袋中進行起爆實驗，結果表明，水量的增加可使沖擊波大幅的衰減。Tamba 等[12] 利用實驗研究了炸藥爆炸時水墻對沖擊波衰減的影響，發現水墻對峰值超壓和正沖量的衰減作用隨水墻質量與炸藥質量比值的增加而增強。趙漢中[13-14] 將水和TNT 以一定的質量比布設于實驗場，研究表明，當水與炸藥的質量比為2～2.5 時，水可使TNT 炸藥爆炸后沖擊波的超壓峰值壓力降低40% 左右。Chen 等[15] 也利用流體力學仿真軟件，研究了不同水墻寬度、高度等對炸藥爆炸沖擊波衰減影響規律。Zhang 等[16] 也研究了水幕對沖擊波衰減影響，研究表明，當比距離為1.71～3.42 m/kg1/3，反射沖擊波超壓下降幅度在36.3%～94.5% 之間。徐海斌等[17-20] 模擬實際工況，自行設計了封閉式球形實驗裝置，研究爆炸沖擊波超壓受水影響規律，結果表明，隨著比距離變化，水對爆炸超壓有增強和衰減雙重作用。

學者們雖然都嘗試了使用水介質來衰減炸藥爆炸沖擊波，并取得了一些成果，但這些研究均是針對被動式防護開展研究，即爆炸發生后沖擊波作用于水介質后衰減，此外這些研究也不涉及火炸藥粉塵爆炸抑制。因此，本文中，選擇不同類型和孔徑的噴嘴，開展RDX 粉塵云爆炸水霧主動式抑爆研究，以期為火炸藥行業安全生產主動防護提供基礎數據。