水雾对RDX 粉尘爆炸的抑制作用

摘要： 为研究水雾对RDX 粉尘爆炸的抑制作用，自主设计了可视化方管粉尘爆炸水雾抑制系统，选择了不同喷嘴类型、喷孔直径以及雾化压力等实验条件，以RDX 粉尘爆炸火焰传播动态、爆炸压力以及爆炸温度等变化，判断不同条件下水雾对RDX 粉尘爆炸特性的影响。结果表明：在同一雾化压力下，不同类型喷嘴喷出水雾对RDX 粉尘爆炸抑制效果不同，离心喷嘴喷出水雾抑爆效果最好；随着雾化压力增大，水雾对RDX 粉尘爆炸抑制作用增强；在实验选用的0.8、1.2、1.5、2.0、2.4 mm 五种孔径离心喷嘴中， 1.5 mm 孔径离心喷嘴喷出水雾抑爆效果最佳，在雾化压力4 MPa下，RDX 粉尘爆炸压力仅为0.118 4 MPa，相比于无水雾时RDX 粉尘爆炸压力0.456 1 MPa，压力峰值降低了74.0%，爆炸温度为234 ℃，相比于无水雾时RDX 粉尘爆炸温度774 ℃，温度峰值降低了69.8%。

关键词： RDX；粉尘爆炸；水雾；抑爆；压力

中图分类号： O389; TJ55; X944 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

火炸药爆炸事故很多是由初期的燃烧得不到有效控制引起[1-3]。抑爆技术能在火炸药燃烧初期有效扼制此类事故，同时也能使火炸药爆炸冲击波强度得到有效降低。由于火炸药燃爆不需要外界氧气参与，所以惰性气体和惰性粉尘不适用于此类爆炸品的抑爆。而水介质由于抑爆机理不同于惰性气体和粉尘，因此可以起到有效的抑爆作用。目前火炸药工房中铺设的消防雨淋系统等是通过喷水进行灭火[4-5]，存在一定的不适用性，不能直接用于火炸药爆炸抑制。

Keenan 等[6] 在弹药库房外围设置雨淋水围挡，以研究水对弹药爆炸压力峰值及比冲影响，研究表明，雨淋能够将爆炸后超压峰值降低25% 以上，爆炸比冲量也能有效被降低。Marchand 等[7] 也在给定质量的TNT 炸药周围设置雨淋水，对比雨淋对爆炸冲击波压力衰减影响，实验发现增设雨淋后，炸药爆炸冲击波压力由2.46 MPa 降为1.703 MPa。Shin 等[8] 利用数值模拟方法研究了水膜对TNT 炸药爆炸冲击波衰减的影响，研究结果表明，水膜延迟了冲击波前锋的传播，降低了初始峰值压力，TNT 爆炸峰值压力随水膜厚度增加而减小。Buzukov[9] 研究发现使用导爆索爆炸抛撒水形成的水膜具有较佳的防护性能，使用爆炸冲击波等效药量衡量，防护效果相当于减少药量90%。Tomotaka 等[10] 设计了一根长330 mm，横截面30 mm×30 mm 的半封闭实验管道，研究大体积水对炸药爆炸冲击波衰减影响，结果显示，大体积水能吸收33%～45% 的爆炸能。Pontalier 等[11] 将8 g C-4 炸药及雷管封装于装满水的塑料袋中进行起爆实验，结果表明，水量的增加可使冲击波大幅的衰减。Tamba 等[12] 利用实验研究了炸药爆炸时水墙对冲击波衰减的影响，发现水墙对峰值超压和正冲量的衰减作用随水墙质量与炸药质量比值的增加而增强。赵汉中[13-14] 将水和TNT 以一定的质量比布设于实验场，研究表明，当水与炸药的质量比为2～2.5 时，水可使TNT 炸药爆炸后冲击波的超压峰值压力降低40% 左右。Chen 等[15] 也利用流体力学仿真软件，研究了不同水墙宽度、高度等对炸药爆炸冲击波衰减影响规律。Zhang 等[16] 也研究了水幕对冲击波衰减影响，研究表明，当比距离为1.71～3.42 m/kg1/3，反射冲击波超压下降幅度在36.3%～94.5% 之间。徐海斌等[17-20] 模拟实际工况，自行设计了封闭式球形实验装置，研究爆炸冲击波超压受水影响规律，结果表明，随着比距离变化，水对爆炸超压有增强和衰减双重作用。

学者们虽然都尝试了使用水介质来衰减炸药爆炸冲击波，并取得了一些成果，但这些研究均是针对被动式防护开展研究，即爆炸发生后冲击波作用于水介质后衰减，此外这些研究也不涉及火炸药粉尘爆炸抑制。因此，本文中，选择不同类型和孔径的喷嘴，开展RDX 粉尘云爆炸水雾主动式抑爆研究，以期为火炸药行业安全生产主动防护提供基础数据。