导线间距对倾斜平行双导线火蔓延特性的影响研究.pdf

消防理论研究Fire Science and Technology,August 2023,Vol.42,No.8导线间距对倾斜平行双导线火蔓延特性的影响研究张佩瑶,罗越扬,杨正渊,高云骥（西南交通大学 地球科学与环境工程学院，四川 成都 610031）摘要：以双根平行聚乙烯铜导线为研究对象，开展了导线倾角为 090、间距为 017 mm 的一系列火蔓延试验，分析了燃烧过程中火焰形态、火焰高度、长度以及火蔓延速率的变化规律。结果表明：（1）倾斜平行双导线的火焰形态随导线间距增大会经历 3个阶段：融合阶段、靠近阶段以及独立阶段；（2）双导线火焰高度（除 90倾角外）、火焰长度、火蔓延速率均随倾角增大而增大，随间距增加表现为先增大后减小趋势；（3）双导线火蔓延速率起初小于单导线，随着导线间距增加而增大并在融合后期达到峰值，随后逐渐减小并在独立阶段与单导线保持一致；（4）建立了双导线火蔓延速率与火焰长度的正比关系，其比例系数为 0.078，比单导线的比例系数略小。关键词：导线火灾；平行双导线；倾角；导线间距；火蔓延速率中图分类号：X913.4；TM244 文献标志码：A 文章编号：1009-0029（2023）08-1032-06随着工业化进程的加快，电气设备被广泛应用于日常生活中，导线作为传输电力的载体，几乎出现在所有带电设备中。电气火灾发生后，火焰会沿导线迅速蔓延，可能伴随熔融物滴落、流淌等行为，以致诱发大面积火灾，造成严重的人员伤亡和财产损失。应急管理部消防救援局发布的数据显示1-2：2012-2021 年，全国共发生住宅火灾 132.4 万起，其中电气火灾占比为 42.7%。2021 年 7月 24 日，吉林省长春市净月高新技术产业开发区某物流仓库由于照明线路漏电而发生重大火灾，导致 15人死亡、25人受伤。前人针对导线燃烧及蔓延特性开展了大量研究，主要分析了线芯材料、氧气浓度、外加气流和环境压力等因素对导线火蔓延及滴落行为的影响3-8。然而，大部分研究是在导线水平条件下开展的。倾斜角度会影响火蔓延行为及传热过程，使得火蔓延过程更加复杂。HU L H等9研究了不同倾斜角度下单导线火蔓延行为，结果表明：随着导线倾斜角度从-90变化到 90，火焰蔓延速率呈现出先减小后增加的趋势。ZHANG Y 等10研究了倾角和紫外线老化对 ETFE 线材火焰传播的影响，也证明了倾角对火蔓延速率的正向作用。ZHAO Y L 等11通过试验研究了倾角和环境压力对细导线火蔓延的耦合影响，发现火焰蔓延速率随着倾角和压力的增加而加快。张阳树12研究了重力条件与倾角的变化对导线火蔓延行为的影响，揭示了火蔓延速率倾角增大而增大的规律。朱珂珂13研究了低压条件下不同芯材对倾斜导线火蔓延的影响，结果表明火蔓延速率与倾角成正比。LU Y等14研究了水平风和倾斜角度耦合作用下单导线火蔓延行为和传播特性，揭示了不同环境风速下倾斜导线的火蔓延规律。前人关于导线燃烧的研究大多是围绕单导线开展的，然而现实中导线往往是多根交错排布15，多导线燃烧过程中火焰会互相影响，也会改变空气卷吸行为，导致火焰形态和火蔓延行为与单导线明显不同16，因此研究多导线燃烧特性及火蔓延行为具有重要的现实意义和工程价值。近年来已有一部分学者开展了多导线火焰蔓延的研究，其中 AN W G 等17通过改变层间距和电缆间的距离观察多层电缆燃烧的火焰特性。HO P S 等18研究了直流电场下改变导线间距和电压对聚乙烯绝缘双导线火焰传播特性的影响。陆勇19研究了环境风速和导线间距对导线火蔓延的影响，揭示了不同导线间距下平行双导线火蔓延的相互作用规律及传热机制。以上关于双导线火蔓延的研究主要在水平条件下展开，针对不同导线间距的倾斜平行双导线的火蔓延行为研究却鲜有报道。因此本文将导线间距和倾斜角度作为变量，分析了不同工况下平行双导线燃烧的火焰形态、火焰高度、火焰长度以及火蔓延速率，揭示了间距对倾斜平行双导线火蔓延的影响。1试验设置图 1 为双导线火蔓延试验装置示意图，包括导线支架、可旋转底座和点火系统。导线支架的长度为 0.9 m，其两侧固定有绝缘滑块，用于调节样品导线的间距并减少散热。右侧的绝缘块与弹簧相连，以确保导线在试验过程中不发生变形弯曲。旋转底座由量角器和底座支架构成，底座的螺栓和水平仪用于调节样品导线的倾斜角度。点火系统由加热线圈和外部直流电源组成：加热线圈布置在导线底端，由直径为 0.5 mm 的镍铬合金丝制成，加热长度为 20 mm；电源电压容量为 30 V，可为加热线圈提供 010 A 的电流。通电后线圈为两导线均匀供热，确保两根导线底部同时被点燃。每次点火时间持续大约 10 s，一旦火焰稳定蔓延后，立即切断电源。两台相机（最大帧率为每秒 25 帧）用于记录火蔓延全过程，一台红外成像仪及布置在支架左侧的热电偶用于实时监测温度变化。基金项目：国家自然科学基金项目（52108478）；四川省科技计划（2020YFH0045）量角器水平仪螺栓弹簧支架底座电源绝缘块聚乙烯铜导线比例尺火蔓延导线支架加热线圈火焰（a）装置正视图（b）导线布置俯视图图 1试验装置示意图Fig.1Experiment device diagram试验样品导线为线芯直径 0.5 mm、绝缘层厚度 0.15 mm 的聚乙烯铜导线，由于材料具备较强的热稳定性，该规格导线主要应用于航天器、发电站等场合，线芯及绝缘层材料的物理特性参数如表 1所示。表 1材料物理特性参数Table 1Material physical properties parameters关于双导线的倾斜燃烧试验研究较少，参考前人对导线倾角及间距的控制，选取倾斜角度为 0、30、60、90，间距（d）为 0（火焰融合）、1、3、5、7、9、11、13、15、17 mm（火焰分离），在无外界干扰的燃烧空间内开展了 35 组双导线火蔓延试验，工况如表 2所示。为避免火焰波动的影响，省去了头尾两端 10 cm 的燃烧数据。同时为了减少误差，每组试验至少重复 3次。表 2试验工况设置Table 2Experimental settings2试验结果与讨论2.1火焰形态图 2 为双导线在不同倾角与导线间距下火蔓延形态的典型图像。0 mm 1 mm3 mm 5 mm7 mm 9 mm 11 mm 13 mm 单导线0306090（a）火焰形态正视图0 mm 1 mm3 mm 5 mm 7 mm 9 mm 11 mm13 mm15 mm17 mm靠近阶段 独立阶段融合阶段融合阶段靠近阶段 独立阶段（b）火焰形态侧视图0306090图 2双导线在不同倾角与间距下的火蔓延图像Fig.2Typical images of fire spread over twin wires at different inclination angles and spacing从图 2（a）可以看出，火焰体积随倾角增加而增大，而随导线间距增加表现为先增大后减小趋势。当导线处于水平状态时，火焰体垂直于导线，火焰顶部比较圆润；随着倾角增加，火焰向导线倾斜，火焰顶部逐渐变得细长尖锐；当导线竖直放置时，火焰与导线完全平行，并会包裹一部分未燃导线。从图 2（b）可以看出，随着导线间距增加，倾斜平行双导线的火蔓延过程可分为 3 个阶段：融合阶段、靠近阶段和独立阶段。当导线间距较小时，两根导线的火焰始终融合在一起，将此阶段定义为火焰融合阶段，在此阶段内，火焰体积随间距增加而增大；当导线间1032消防科学与技术2023年 8 月第 42 卷第 8 期量角器水平仪螺栓弹簧支架底座电源绝缘块聚乙烯铜导线比例尺火蔓延导线支架加热线圈火焰（a）装置正视图（b）导线布置俯视图图 1试验装置示意图Fig.1Experiment device diagram试验样品导线为线芯直径 0.5 mm、绝缘层厚度 0.15 mm 的聚乙烯铜导线，由于材料具备较强的热稳定性，该规格导线主要应用于航天器、发电站等场合，线芯及绝缘层材料的物理特性参数如表 1所示。表 1材料物理特性参数Table 1Material physical properties parameters材料铜聚乙烯导热系数/W/(mK)4000.42密度/kg/m38 960930比热容/kJ/(kgK)0.391.916关于双导线的倾斜燃烧试验研究较少，参考前人对导线倾角及间距的控制，选取倾斜角度为 0、30、60、90，间距（d）为 0（火焰融合）、1、3、5、7、9、11、13、15、17 mm（火焰分离），在无外界干扰的燃烧空间内开展了 35 组双导线火蔓延试验，工况如表 2所示。为避免火焰波动的影响，省去了头尾两端 10 cm 的燃烧数据。同时为了减少误差，每组试验至少重复 3次。表 2试验工况设置Table 2Experimental settings序号1891617242535倾角 0306090导线间距 d/mm0、1、3、5、7、9、11、130、1、3、5、7、9、11、130、1、3、5、7、9、11、130、1、3、5、7、9、11、13、15、172试验结果与讨论2.1火焰形态图 2 为双导线在不同倾角与导线间距下火蔓延形态的典型图像。0 mm 1 mm3 mm 5 mm7 mm 9 mm 11 mm 13 mm 单导线0306090（a）火焰形态正视图0 mm 1 mm3 mm 5 mm 7 mm 9 mm 11 mm13 mm15 mm17 mm靠近阶段 独立阶段融合阶段融合阶段靠近阶段 独立阶段（b）火焰形态侧视图0306090图 2双导线在不同倾角与间距下的火蔓延图像Fig.2Typical images of fire spread over twin wires at different inclination angles and spacing从图 2（a）可以看出，火焰体积随倾角增加而增大，而随导线间距增加表现为先增大后减小趋势。当导线处于水平状态时，火焰体垂直于导线，火焰顶部比较圆润；随着倾角增加，火焰向导线倾斜，火焰顶部逐渐变得细长尖锐；当导线竖直放置时，火焰与导线完全平行，并会包裹一部分未燃导线。从图 2（b）可以看出，随着导线间距增加，倾斜平行双导线的火蔓延过程可分为 3 个阶段：融合阶段、靠近阶段和独立阶段。当导线间距较小时，两根导线的火焰始终融合在一起，将此阶段定义为火焰融合阶段，在此阶段内，火焰体积随间距增加而增大；当导线间1033Fire Science and Technology,August 2023,Vol.42,No.8距增大到一定程度后，两根导线的火焰发生分离，但在相互作用下，火焰仍向双导线中心倾斜，将此阶段定义为火焰靠近阶段，此阶段火焰体积随间距增大而减小；当火焰间距增加到足够大时，双导线火焰不再相互影响，而是完全独立蔓延，将此阶段称为火焰独立阶段，此阶段火焰体积随间距增大不再变化，火焰形态与单导线保持一致。试验观察到倾斜平行双导线在 0 mm 间距下会出现周期性的滴落或流淌行为，如图 3所示。从图 3（a）中可以看出，在 =0、d=0 mm 情况下，随着火焰蔓延，熔融的绝缘材料会产生一定积聚，当重力超过液体表面张力后就会发生滴落，滴落前后火焰蔓延形态有明显变化。滴落发生前，由于熔融物积聚，火焰会变得细长；滴落发生后，由于熔融物分离，火焰体积会快速减小，然后再逐渐恢复到滴落前的状态。图 3（b）是双导线在 =30、d=0 mm 情况下火蔓延及流淌行为图。可以看出，在火蔓延过程中，熔融的绝缘材料会积聚在火焰下端，当沿导线方向的熔融物重力分量超过液体表面张力后会发生流淌现象。发生流淌后火焰会分成前后两个部分，前端火焰会继续向前蔓延，后端火焰流淌一定距离后会因为燃料不足而逐渐熄灭，随后火焰会调节到流淌前的蔓延状态。此外，双导线在 =60、d=0 mm 和 =90、d=0 mm 时也出现了流淌行为，且倾角越大流淌现象发生的频率越高，火焰发生分离的时间也越短。2.2火焰高度与火焰长度图 4是导线在倾斜角度为 下的火蔓延形态图，本文主要分析的火焰特性参数是火焰高度和火焰长度。火焰高度为垂直于导线方向从火焰底部到火焰顶端的距离，火焰长度为平行于导线方向火焰包裹导线的长度以及预热区长度的总和。双导线在不同倾角与间距下火焰高度和长度随时间的变化曲线如图 5所示。可以看出，平行倾斜双导线火蔓延过程中，火焰高度与长度会随着时间在某一定值附近小范围波动，其中导线倾角越大，火焰波动幅度越大。取所有工况下双导线火焰高度与火焰长度的平均值作为火焰特征值，如图 6所示，其中虚线代表单导线火蔓延时的对应值。从图 6（a）时间49:52749：67149:72549:73849:78849:82049:87049:91650:21153:03755:899火蔓延方向1 cm（a）=0，d=0 mm火蔓延方向1 cm38:871时间：40:41140:67240:76240:87240:93140:99141:26842:37843:318（b）=30，d=0 mm图 3不同倾角零间距下火蔓延特殊行为Fig.3Special behavior of fire spread over adjacent twin wires at different inclination倾斜角度铜芯聚乙烯绝缘层火焰长度火焰高度火蔓延方向LfLfc图 4导线在倾角 下火焰形态图Fig.4Flame pattern of wire at inclination angle of 时间/s0 10 20 30 40 50 603.53.02.52.01.51.00.5火焰高度/cm2.9942.6272.0081.1751.0190.9270-5 mm30-5 mm60-5 mm0-11 mm30-11 mm60-11 mm（a）火焰高度时间/s0 10 20 30 40 50 607654321火焰长度/cm6.0483.2202.9441.6491.1460-5 mm30-5 mm60-5 mm0-11 mm30-11 mm60-11 mm1.074（b）火焰长度图 5火焰高度与长度随时间变化曲线Fig.5Flame height and length curves with time1034消防科学与技术2023年 8 月第 42 卷第 8 期可以看出，平均火焰高度在 =0、30、60时均随倾角增大而增大；=90时，由于火焰体平行于导线，因而出现小间距时火焰高度略小于 =60的情况。当倾角保持不变时，随着导线间距增大，平均火焰高度首先会逐渐增大，在融合阶段后期达到峰值，而后逐渐减小，最终在独立阶段保持与单导线工况基本一致。从图 6（b）中可以看出，平均火焰长度均随倾角增大而增大，且倾角越大，火焰长度的变化幅度越大。在 =30、60、90的情况下，火焰长度随着导线间距增大首先会逐渐增大，在融合阶段后期达到峰值后又逐渐减小，最终在独立阶段火焰长度保持稳定，与单导线工况基本一致。值得注意的是，火焰长度随导线间距的变化趋势在 =0时并不明显，甚至火焰融合阶段的初期出现了小幅度的降低。从图 4可以看出，火焰长度可以分成裸露导线的长度Lfc和火焰包裹的绝缘层长度 Lf，两者的变化如图 7、图 8所示。可以看出，随着倾角增加，Lf和 Lfc都会逐渐增加；随着导线间距增加，在 0、30、60情况下，Lf几乎不发生改变，而 Lfc的变化规律与平均火焰长度一致；而导线倾角为 90时，Lf和 Lfc均随导线间距的增加而先增大后减小。2.3火蔓延速率火蔓延速率是衡量火灾危险程度的重要参数，火蔓延速率越大，火势在短时间内扩散更快，火灾危险性越大。本文将火蔓延速率定义为火焰前锋的位置变化与时间的比值，火焰前锋的位置由二值图像处理软件读出。不同倾角典型间距下火焰前锋位置随时间的变化曲线如图 9 所示。可以看出，双导线火蔓延过程中，当 =0、30、60时，火焰前锋位置随时间整体呈线性变化，当 =90时，火焰前锋位置会随时间变化出现一定波动，但仍在一条直线范围内变化，说明双导线火蔓延过程达到了渐近稳定阶段。图 10是双导线在不同倾角与间距下的火蔓延速率变化，其中虚线代表单导线火蔓延时的对应值。与火焰高导线间距/mm0 3 6 9 12 15 183.53.02.52.01.51.00.5平均火焰高度/cm06030901.6171.1901.0150.938（a）平均火焰高度导线间距/mm0 3 6 9 12 15 1815.012.510.07.55.02.50.0平均火焰长度/cm06030909.9792.9351.4820.957（b）平均火焰长度图 6双导线在不同倾角与间距下平均火焰高度与长度变化图Fig.6Variation of average flame height and length over twin wires at different inclination angles and spacing导线间距/mm0 3 6 9 12 15 181.21.00.80.60.40.2Lf/cm0306090图 7不同倾角下 Lf 随间距的变化Fig.7Variation of Lf with separation distance at different inclination angles导线间距/mm0 3 6 9 12 15 1815.012.510.07.55.02.50.0Lfc/cm0306090图 8不同倾角下 Lfc 随间距的变化Fig.8Variation of Lfc with separation distance at different inclination angles时间/s50 55 60 65 70 7545403530252015火焰前锋位置/cm0-5 mm30-5 mm60-5 mm0-11 mm30-11 mm60-11 mm90-5 mm90-11 mm图 9火焰前锋位置随时间变化曲线Fig.9Flame front position curves with time1035Fire Science and Technology,August 2023,Vol.42,No.8度、火焰长度的变化规律一致，火蔓延速率会随倾角增加而增大，且倾角越大，火蔓延速率变化幅度越大。当倾角保持不变时，随着导线间距增大，火蔓延速率会呈现出先增大后减小，并最终保持稳定的趋势。值得注意的是，在融合阶段初期，双导线火蔓延速率略低于单导线；随着间距增大，双导线火蔓延速率会逐渐增大，超过单导线并在融合阶段后期达到峰值；在靠近阶段，双导线火蔓延速率会逐渐减小，直到两火焰完全独立后，火蔓延速率保持稳定，并与单导线工况基本一致。在导线的火蔓延过程中，热量传递主要分为两个部分：火焰对预热区的热反馈（qf）以及导线自身的热传导（qc）。其中火焰对预热区的热量传递由对流换热（qf，conv）和热辐射（qf，rad）组成，见式（1）。q=qc+qf=qc+(qf,conv+qf,rad)（1）导线自身的传导热流可以近似表示为火焰对铜芯的热量传递，见式（2）。qc qfc=dcLfchc,cond(Tf-Tc)（2）式中：dc、Lfc、和hc，cond分别为线芯直径、裸露导线长度以及铜芯的导热系数；Tf和Tc分别为火焰温度和线芯温度。不同工况下的火焰、线芯及绝缘层热解温度如图 11所示。可以看出，随着导线倾角和间距变化，火焰温度、线芯温度以及绝缘层的热解温度变化不明显，因此导线的传导热流主要由Lfc决定。火焰对预热区的对流传热可以表示为式（3）。qf,conv=d0Lfhc,conv(Tf-Tp)（3）式中：d0为导线外径；hc，conv为对流换热系数。参考传热公式可以得出，在圆柱形材料下的热对流换热系数可以表示为式（4）。hc,conv=Nu L（4）式中：Nu为努塞尔数。将双导线燃烧的对流换热过程看作在无限空间内的自然对流换热，代入Nu的计算公式后得到热对流换热系数的具体表达式20，见式（5）。hc,conv=C(gv)nL3n-1(Tf-Tp)n（5）式中：、g、v、L分别表示导热系数、重力加速度、膨胀系 数、运 动 黏 度、热 扩 散 系 数 以 及 特 征 长 度（导 线 外径 d0）。从式（5）可知，双导线燃烧时的对流传热主要受Lf的影响。火焰对预热区的辐射传热可以表示为式（6）。qf,rad=(T4 f-T4 p)（6）式中：=1-e-kfLf；为史蒂芬-玻尔兹曼常数；kf为火焰的挥发度。由式（6）可知，导线燃烧时火焰的辐射传热主要与 Lf有关。综合 3种传热方式，可知双导线火蔓延过程中导线热量传递受 Lf和 Lfc影响。随着导线倾角的增加，Lf和 Lfc均增加；随着导线间距的增加，导线倾角 0时，Lf变化不明显，其他倾角条件下 Lf表现为先增大后减小趋势，而导线倾角 0、30、60时，Lfc变化不明显，90倾角条件下 Lfc表现为先增大后减小的趋势。综上所述，随着导线倾角增加，双导线的传热总量增加，火蔓延速率增加；而随着导线间距增加，传热总量及火蔓延速率整体表现为先增大后减小的趋势。为了探究双导线火蔓延速率与火焰长度的线性关系，分别对双导线与单导线火蔓延速率关于火焰长度做拟合分析，结果如图 12 所示。可以看出，在单/双导线情况下，火蔓延速率与火焰长度都呈现出正比关系，其中，导线间距/mm0 3 6 9 12 150.400.350.300.250.200.150.10030600.3410.226 50.202火蔓延速率/cm/s（a）=0、30、60导线间距/mm0 3 6 9 12 15 18 211.51.31.10.90.70.50.831火蔓延速率/cm/s（b）=90图 10双导线火蔓延速率随倾角和间距的变化图Fig.10Variation of fire spread rate over twin wires at different inclination angles and spacing导线间距/mm0 3 6 9 12 151 4001 2001 000800600400200温度/0306090TfTcTp图 11不同工况下温度平均值Fig.11The average temperature under different conditions1036消防科学与技术2023年 8 月第 42 卷第 8 期双导线的比例系数为 0.078，比单导线工况比例系数略小（0.084），这可能是由于双导线火蔓延过程中火焰相互影响造成的。3结 论本文开展了不同倾角和导线间距下平行双导线火蔓延行为试验，获取了火焰形态、火焰高度、火焰长度、火蔓延速度等蔓延特性参数，得到主要结论如下：（1）不同间距下倾斜平行双导线的火焰传播过程中，火焰形态随导线间距增大会经历 3 个阶段：融合阶段、靠近阶段以及独立阶段。（2）双导线火蔓延过程中，火焰高度、火焰长度、火蔓延速率均随导线间距表现为先增大后减小趋势，而火焰长度、火蔓延速率随倾角增大而增大，且倾角越大增幅越大。（3）双导线火蔓延速率起初小于单导线，随着导线间距增加而逐渐增大并在融合后期达到峰值，随后逐渐减小并在独立阶段保持与单导线基本一致。（4）基于线芯热传导、火焰热流传输分析，双导线火蔓延过程中导线所接收的热量受 Lf和 Lfc影响，双导线火蔓延速率与火焰长度呈正比关系，比例系数为 0.078，比单导线的比例系数略小。参考文献：1 公安部消防局.2021中国消防年鉴M.昆明:云南人民出版社,2021.2 肖方.近 10 年全国发生居住场所火灾 132.4 万起 造成 11634 人遇难 6738人受伤 直接财产损失 77.7亿元J.中国消防,2022,(2):10-11.3 文虎,赵向涛,王伟峰,等.导线起火和燃烧特性研究进展J.消防科学与技术,2021,40(4):471-476.4 NAKAMURA Y,YOSHIMURA N,ITO H,et al.Flame spread over electric wire in subatmospheric pressureJ.Proceedings of the Combustion Institute,2009,32(2):2559-2566.5 HE H,ZHANG Q X,TU R,et al.Molten thermoplastic dripping behavior induced by flame spread over wire insulation under overload currentsJ.Journal of Hazardous Materials,2016,320(15):628-634.6 KIKUCHI M,FUJITA O,ITO K,et al.Experimental study on flame spread over wire insulation in microgravityJ.Symposium(International)on Combustion,1998,27(2):2507-2514.7 FUJITA O,KIKUCHI M,ITO K,et al.Effective 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4版)M.北京:高等教育出版社,2006.Study on the effect of separation distance on the fire spread characteristics of inclined parallel twin wiresZhang Peiyao,Luo Yueyang,Yang Zhengyuan,Gao Yunji(Faculty of Geosciences and Environmental Engineering,火焰长度/cm0 2 4 6 8 10 12 141.41.21.00.80.60.40.20.00603090单导线k=0.078，R2=0.913k=0.084，R2=0.966k=VfL火焰蔓延速率/cm/s图 12火蔓延速率与火焰长度关系图Fig.12The relationship between fire spread rate and flame length1037消防理论研究Fire Science and Technology,August 2023,Vol.42,No.8点火位置和障碍物对泄爆空间丙烷-空气爆炸荷载的影响徐睿智1,唐柏鉴1,陈力2（1.苏州科技大学 土木工程学院，江苏 苏州 215000；2.东南大学 土木工程学院，江苏 南京 210000）摘要：为研究点火位置和障碍物对泄爆空间丙烷-空气爆炸的影响，基于 CFD 软件 FLACS 建立了丙烷泄爆空间数值模型，通过丙烷泄爆试验结果对模型进行了验证，数值模型的计算结果基本可靠。利用已验证的数值模型进一步研究点火位置和障碍物对泄爆空间丙烷-空气混合气体爆炸荷载特性的影响。结果表明：随着点火位置到泄爆口的距离增大，p1、p2和 pmax的峰值随之增大；障碍物的存在导致爆炸产生的湍流加剧，湍流燃烧增大了燃烧速度和燃烧面积，导致 p1峰值和升压速度增大，并在此过程中产生一个新的超压波峰 pobstacle。此外，p1和 pobstacle峰值的时间间隔随着泄爆阈值的增大而减小，两个超压波峰易合并成一个更大的超压波峰。关键词：丙烷爆炸；泄爆；点火位置；超压荷载中图分类号：X913.4；O381 文献标志码：A 文章编号：1009-0029（2023）08-1038-08燃气爆炸的灾害形式主要为喷射火、热辐射和爆炸波，其中，爆炸冲击波传播速度快、范围广，极易造成人体耳膜和肺部的伤害1，同时会引起建筑物中起泄爆作用的玻璃、填充墙等构件发生破坏2-4。因此，系统地开展各种条件下泄爆空间丙烷-空气混合气体爆炸的相关研究，总结其爆炸荷载的产生机理与特征，完善修订爆炸荷载数值模型，为工程和结构设计提供指导，对燃气爆炸事故防护和灾害后果评估具有重要意义。为保证生产生活中建筑和设备的安全，众多学者对泄爆空间气体爆炸荷载进行了深入的试验研究。对于点火位置的变化，BAUWENS C R 等5利用 63.7 m3的泄爆试验装置研究点火位置对丙烷外爆导致的第二峰值 p2的影响，认为当点火点靠近泄爆口时，泄爆过程中的第二个超压峰值 p2较大。除了 p2，对于爆炸产生的其他超压波峰，BAO Q 等6利用自主研发的试验装置研究了点火位置对甲烷空气爆炸超压的影响，发现点火位置对 p1的升压速率基本没有影响，但对 p1峰值影响较大。王超强等7利用 BAO Q等的试验装置研究了点火位置对泄爆空间甲烷-空气爆炸火焰形态的影响，外部火焰发展过程可以分为火球阶段和火焰喷射阶段，外爆导致的第二峰值 p2对应火球阶段，“声振效应”引起的 p4对应火焰喷射阶段，尾部点火和中心点火时的火球大小及火焰喷射长度远大于前端点火；对于管道中的气体爆炸，WANG S P 等8发现管道中的气体爆炸可分为 3个阶段，即燃烧引起的上升阶段、振荡上升阶段和振荡下降阶段，而点火位置对压力振荡影响很大，HOU Z H 等9在半封闭管道中也发现了类似的规律。对于障碍物的影响，一般认为障碍物存在会增大爆燃 过 程 中 流 场 的 湍 流 程 度 和 气 体 燃 烧 速 率10-11。TOMLIN G 等12在 182 m3的建筑中进行了全尺寸甲烷-空气泄爆试验，探讨了 13 种障碍物布置方式对爆炸荷载基金项目：国家自然科学基金（51978166）；华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室开放基金（2020ZA02）Southwest Jiaotong University,Sichuan Chengdu 610031,China)Abstract:In this paper,a series of experiments were performed over twin parallel polyethylene copper wires with inclination angles from 0 to 90 and spacing from 0 to 17 mm,to analyze the flame pattern,flame height,length and fire spread rate during the combustion process.The results show that:(1)The flame form of inclined parallel twin wires at different distances goes through three stages such as the integrated stage,the approached stage and the independent stage;(2)both flame height(except 90 inclination),flame length,and fire spread rate of twin wires all increase with increasing inclination,while increase and then decrease with increasing spacing;(3)the fire spread