剪切增稠液复合多孔材料对氢爆炸阻隔研究

摘要

剪切增稠液(Shear thickening fluid, STF)表现出可逆的能量吸收特性，表现出良好的隔振性能，并且也是难燃液体，因此考虑与传统的多孔隔爆材料复合提升隔爆性能。采用常压浸渍的方法，以泡沫铜为基体，引入剪切增稠液涂层，复合制备新型多孔隔爆材料STF@Cu。为了测试新型多孔隔爆材料STF@Cu在氢-空气预混气体爆炸中的隔爆性能，将材料安装在自主设计的水平管道第二节的末端，使用纹影技术和压力传感器探究STF@Cu对不同剪切增稠液中气相二氧化硅的浓度(0%、5%、10%)和泡沫铜孔隙率(20PPI、40PPI、60PPI)中火焰形貌和压力阻隔效果的影响。结果发现：相对于空爆和泡沫铜，填充新型多孔隔爆材料STF@Cu可以有效地降低管道内超压和最大爆炸压力上升速率。对氢燃爆的阻隔效果与剪切增稠液分散相浓度和泡沫铜孔隙率呈正相关。当填充10%浓度剪切增稠液、孔隙率60PPI的STF@Cu时，最大爆炸压力较空爆和填充泡沫铜分别降低了82.75%、41.48%。

关键词

氢爆炸 / 剪切增稠 / 爆炸压力 / 隔爆机制 / 复合隔爆材料

基金资助

国家重点研发计划(2021YFB4000904); 国家自然科学基金(52274224); 武汉曙光重点研究与知识创新计划项目(2023020201020304); 湖北省自然科学基金创新群体项目(2023AFA013)