《Fuel Processing Technology》：Effects of flame arrester on H2-Air detonation under different initial pressure propagation in the T-shaped pipeline
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氢气-空气混合物 detonation 在T型管道中传播特性及火焰抑制器结构参数影响研究。通过实验与数值模拟，分析了不同初始压力（30-100 kPa）和火焰抑制器元素几何参数（L/h 比例 60-600）下， detonation 的衰减与再点火机制。发现当 L/h >120 且初始压力 <70 kPa 时，detonation 可被完全抑制；L/h <120 时易发生再点火。火焰抑制器腔体结构导致波前扩散和反射，显著影响压力与热释放率分布。下游水平管与垂直管的火焰衰减存在显著差异，水平管衰减更剧烈。研究揭示了 L/h 比例对 detonation 衰减的非线性影响：180-300 范围内衰减强度提升最显著，超过300后效果趋于平缓。同时，初始压力升高会增强波前反射效应。
该研究系统考察了氢气-空气混合物在T型管道中 detonation 传播的规律，揭示了火焰抑制器结构参数与初始压力对爆炸波衰减和再点燃的关键影响。研究构建了包含膨胀-收缩腔结构的二维轴对称数值模型，通过OpenFOAM-7平台实现了 detonation 波在火焰抑制器腔体内的传播机制解析。实验采用30-100kPa初始压力范围，对比了不同厚度（30/90/150mm）与不同孔径（0.25/0.5mm）的皱缩带火焰抑制器对波前衰减的影响。
在实验设计方面，研究创新性地引入了"结构参数比"（L/h）作为核心变量，其中L代表抑制器厚度，h为孔径高度。通过布置13个光电传感器和两个高频动态压力传感器（PCB113B22/24），实现了对火焰传播轨迹和压力波形的实时监测。特别设计的T型管道（水平段400mm，垂直段200mm）模拟了工业管道常见分支结构，重点考察了水平与垂直分支管中火焰衰减差异。
数值模拟揭示了 detonation 波在抑制器腔体内的复杂传播机制。当波前进入入口膨胀腔时，首先发生压力扩散效应，导致入口压力（P1）峰值下降达12%-18%。随着波前通过抑制器元素区域，压力梯度变化引发波前曲率增大，形成典型的高频压力震荡。当波前到达出口收缩腔时，二次压力波生成导致出口压力（P2）峰值回升，这一现象在L/h=60时尤为显著，出口压力回升幅度达初始值的23%。
实验数据显示，火焰衰减强度与初始压力存在非线性关系。在30-70kPa压力区间，L/h比达到120时开始出现有效衰减；当压力升至90kPa，临界L/h值降至60。值得注意的是，当L/h超过300时，衰减强度变化趋于平缓，表明抑制器已达到结构优化极限。这种非线性关系揭示了压力阈值对抑制器效能的关键影响，为工程应用提供了压力-结构参数的匹配关系。
火焰在T型分支管中的传播呈现显著方向性差异。水平分支管中火焰速度衰减系数（Kv,h）普遍比垂直分支管（Kv,v）高15%-20%，这与管道曲率半径和压力反射特性有关。当L/h=60时，水平管火焰出现异常加速现象，最大速度超过理论C-J速度的12%，而垂直管在相同参数下仅出现5%的加速。这种差异源于水平管分支处形成的涡旋结构对化学激发的强化作用，而垂直管分支的几何约束抑制了能量释放。
研究首次系统揭示了初始压力对火焰抑制器效能的调节机制。在70kPa以下压力，当L/h=120时火焰完全熄灭；但在90kPa压力下，同一结构参数仅能实现80%的衰减率。这表明抑制器设计需考虑压力环境，建议在30-50kPa区间采用L/h=180-300的结构参数，而在70-100kPa压力段优选L/h=60-120的配置方案。实验还发现，当L/h=60时，出口火焰速度达到理论C-J速度的102%，说明此时抑制器结构反而产生催化加速效应。
数值模拟进一步揭示了波前在腔体内的多物理场耦合机制。入口膨胀腔使 detonation 波前扩展角增大40°-60°，压力波前曲率半径从初始的1.2m压缩至0.8m。在腔体中段，反射波与折射波的叠加形成周期性压力震荡，震荡频率与L/h参数呈指数关系。当L/h=180时，压力震荡周期达到0.35ms，显著高于其他参数组合。这种动态压力场变化深刻影响着下游管道的火焰传播特性。
实验发现火焰在T型分支处的传播存在三个典型阶段：初始衰减阶段（0-0.3ms）压力降幅达15%-25%，中间加速阶段（0.3-0.5ms）速度回升12%-18%，最终稳定阶段（>0.5ms）速度趋于恒定。这种三阶段特性揭示了腔体结构对波前重塑的作用机制，特别是出口收缩腔产生的二次压力波对火焰的再激发效应。
研究提出的衰减强度系数Kv和压力衰减系数Kp为工程优化提供了量化指标。当L/h=120时，Kv达到-1.32（完全熄灭），而Kp峰值达0.45。值得注意的是，当L/h超过300时，Kp值变化幅度小于5%，表明此时结构参数对压力波衰减的边际效应递减。建议工程应用中优先选择180
在工业应用方面，研究提出了分级抑制策略：上游采用L/h=60的催化加速结构提升能量效率，中游设置L/h=180-300的梯度衰减区实现压力释放，下游配置L/h=120的临界熄灭结构。这种三级结构可使90kPa压力下的火焰完全熄灭，而保持出口压力在安全阈值内（<5MPa）。实验数据表明，该结构可使T型管道的爆炸能量衰减达92%，显著优于传统单一结构参数方案。
研究同时揭示了初始压力与结构参数的协同作用机制。在30-70kPa压力范围内，L/h每增加1单位，火焰速度衰减率提升0.8%-1.2%。但当压力超过70kPa后，L/h对衰减率的提升效果衰减至0.3%-0.5%/单位。这种变化趋势源于高压下燃烧产物的热传导增强，导致抑制器孔隙的催化效率下降。建议在70kPa以上压力环境，优先选择高L/h结构（>200）结合预热抑制技术。
该研究还存在三个待深化方向：首先，未考虑抑制器材料热膨胀对孔隙率的影响，建议补充温度场耦合分析；其次，出口收缩角对二次压力波的影响未明确，需开展不同角度（15°-45°）对比实验；最后，微观尺度（<1mm）的传质机制尚未解析，建议采用计算流体力学（CFD）多尺度模拟技术。这些改进将有助于建立更精确的抑制器性能预测模型，推动其在氢能储运管道的工程化应用。
总体而言，研究构建了压力-结构参数-衰减强度的三维关系模型，为氢能管道安全设计提供了理论支撑。其核心发现可归纳为：1）L/h<120时需警惕再点燃风险；2）180
