比色測溫技術(shù)在瞬態(tài)爆炸溫度場測量中的應(yīng)用研究*

張啟威，程揚帆,，夏 煜，王中華，汪 泉，沈兆武

（1. 安徽理工大學化學工程學院，安徽 淮南 232001；2. 中國科學技術(shù)大學工程科學學院，安徽 合肥 230027）

溫度是評估爆炸輸出特性的重要指標，能夠反映其熱毀傷性能和能量釋放規(guī)律，對炸藥、粉塵和氣體的爆炸溫度展開研究具有重要意義[1-2]。然而，由于爆炸過程具有快速性、復雜性和危險性，目前對爆炸溫度場的準確測量仍然非常困難。為了獲得較準確的爆炸溫度，研究人員在爆炸溫度測量領(lǐng)域展開了積極的探索。目前測量瞬態(tài)爆轟溫度的方法主要有接觸式和非接觸式兩種測溫方法。在接觸法測溫研究方面， Frost 等[3]利用熱電偶對金屬化炸藥爆炸火球的溫度進行測量，研究發(fā)現(xiàn)鋁顆粒存在時，爆炸火球中的氣體和燃燒粒子的溫度分別高達1800 和2700 K。Lebel 等[4]研制了一種接觸式光纖探頭，測量了Detasheet-C 炸藥爆炸火球內(nèi)部溫度。然而，通過熱電偶和光纖探頭等接觸式測溫方法測量爆炸溫度時需要與被測物體接觸，測量準確度較差，且溫度響應(yīng)速度不能滿足瞬態(tài)高溫的測量要求。與接觸式測溫方法相比，非接觸式測溫方法能夠檢測物體的表面溫度，且測溫范圍寬、響應(yīng)速度快，更適合爆炸瞬態(tài)高溫的測量。Lewis 等[5]利用原子光譜法測量了含有硝酸鋇的RDX 爆炸火球溫度，時間平均發(fā)射光譜表明爆炸火球表面溫度為3000 K，與理論預測一致。Aduev 等[6]采用光譜測溫法描述了含有鐵納米顆粒的PETN 炸藥爆炸的熱性質(zhì)，并測得其爆炸溫度在3300～3500 K。Olokun 等[7]利用熱成像相機測量了聚合物包覆的HMX 顆粒在沖擊載荷下的溫度分布情況，測量結(jié)果表明聚合物包覆的HMX 顆粒的溫度分布與其粒度密切相關(guān)。Wang 等[8]提出了一種紅外熱成像測溫的補償方法，并對紅外熱成像儀測量HMX 混合物的爆炸火球溫度進行了補償和校正，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用補償方法修正后的溫度更接近其爆轟溫度。然而，利用光譜法和紅外熱成像類的非接觸式測溫方法時，通常會因為光譜輻射強度收集不全，物體的發(fā)射率和環(huán)境輻射的影響，嚴重影響測溫精度。

近年來，隨著高速攝影技術(shù)的不斷進步，基于普朗克黑體輻射理論的比色測溫方法逐漸被應(yīng)用到爆轟測溫領(lǐng)域。與光譜測溫法和紅外熱成像測溫法相比，比色測溫法具有響應(yīng)速度快、測量精度高、抗干擾能力強等特點，且不需要確定火焰的光學特性，如透過率和發(fā)射率。在爆炸瞬態(tài)溫度測量方面有著廣闊的應(yīng)用前景。Goroshin 等[9]利用定性光譜輔助的三色光學高溫測量法實驗測定了炸藥爆轟的火球溫度在2000 K 左右，與平衡熱力學代碼的預測一致。Densmore 等[10]利用高速相機采集TNT 爆炸過程中的火焰圖像，并采用二色比溫方法獲得了炸藥爆炸過程中的溫度分布。Chang 等[11]通過一系列粉塵爆炸實驗，比較了微納米尺度鋁粉粉塵爆炸的火焰結(jié)構(gòu)，并利用二色比溫方法測量了其火焰溫度。采用比色測溫方法測量爆轟溫度時，被測對象內(nèi)部需含有充當“黑體”的介質(zhì)來反映溫度的大小。然而，與固體和液體不同，氣體爆炸過程中能夠被視為“黑體”的物質(zhì)幾乎沒有，因而簡單的用比色測溫方法難以測量。本文集成采用高速成像、時空圖像數(shù)據(jù)重構(gòu)、高精度溫度轉(zhuǎn)換萃取及添加輔助“黑體”介質(zhì)等方法，開發(fā)出基于二色比溫原理的瞬態(tài)超高溫度場動態(tài)測試與二維重構(gòu)系統(tǒng)，并對添加不同含量TiH2的乳化炸藥、TiH2粉塵和C2H2氣體的爆炸溫度場進行測量，以期為爆炸瞬態(tài)溫度分布規(guī)律和影響因素的精細研究提供了一種有效手段。

1 溫度場動態(tài)測試與二維重構(gòu)系統(tǒng)

拜耳陣列是實現(xiàn)CCD 或CMOS 傳感器拍攝彩色圖像的主要技術(shù)之一。它是一個4×4 陣列，由8 個綠色、4 個藍色和4 個紅色像素組成，在將灰度圖形轉(zhuǎn)換為彩色圖片時會以2×2 矩陣進行9 次運算，最后生成一幅彩色圖形[11]。因為每個像素都可以被看作是一個獨立的光電倍增管，圖像傳感器通過拜爾濾波獲得像素點上紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)光的強度信息，再據(jù)此通過拜爾插值運算推算出像素點的色值，從而得到高速相機灰度圖像素點輸出的灰度比值和被測溫物體溫度之間的對應(yīng)關(guān)系，即可以通過灰度值描述被測溫度（比色測溫）。

1.1 比色測溫原理

由普朗克輻射定律，物體表面光譜輻射亮度[12]為：

式中：ε(λ,T)為光譜發(fā)射率；C1為普朗克第一常數(shù)，C1≈3.742×10-16m·K；C2為普朗克第二常數(shù)，C2≈1.4388×10-2m·K；T為溫度，K；λ 為波長，m；L(λ,T)為光譜輻射亮度，W/(m2·sr)。

在波長λ＜780 nm 的可見光范圍內(nèi)，溫度T＜3400 K 時，普朗克輻射定律可以由維恩輻射定律代替：

式中：M(λ,T)為單色光譜出射度。

高速相機的CMOS 傳感器R、G、B 三通道響應(yīng)波長在380～780 nm，可采用維恩公式計算亮度。假設(shè)相機在λ=[λ1, λ2]的可見光譜范圍內(nèi)響應(yīng)函數(shù)是h(λ)，則相機輸出該點的灰度值為：

式中：A為光敏單元輸出電流和圖像灰度值之間轉(zhuǎn)換系數(shù)；U為光電轉(zhuǎn)換系數(shù)；t為曝光時間，s；f'為鏡頭焦距；a為鏡頭的出射光瞳半徑；KT(λ)為鏡頭的光學透過率；h(λ)為光譜響應(yīng)函數(shù)；λ1、λ2為互補金屬氧化物半導體傳感器感光的波長上下限；Et(λ)為光譜的輻射能。

將紅綠藍(R、G、B)三種基色的波長λr、λg和λb帶入式(3)，然后用三基色中的任意兩色相比，如R、G 灰度相比可得出：

K為一修正值，它與相機參數(shù)、曝光時間、被測物體的光譜發(fā)射率有關(guān)，當相機傳感器確定之后，其光譜響應(yīng)特性也隨之確定，僅與傳感器的感光特性有關(guān)，可以用鎢絲燈試驗標定。從理論上說，只要知道三通道灰度值H，就可以計算出該點的溫度值。

1.2 測溫平臺與流程

測溫平臺由高速相機、鏡頭、計算機及自編測溫程序構(gòu)成。高速相機采集數(shù)字圖像信號，計算機及自編Python 測溫程序?qū)?shù)字圖像信號進行圖像處理、溫度場計算以及可視化顯示。比色測溫的流程如圖1 所示。在進行實驗前，保持整個實驗室處于無光黑暗的環(huán)境下，這樣可以避免其他可見光對實驗造成的干擾。組裝好高速相機后，調(diào)整好相機的角度和鏡頭的焦距，使得被測物體清楚地出現(xiàn)在屏幕中。關(guān)閉相機白平衡和伽馬校正，將pixel bit depth 設(shè)置為12 bit，為方便python 代碼處理數(shù)據(jù)，選擇長寬相等的照片像素大小，關(guān)閉low light 模式，因為其在開啟狀態(tài)下攝像機會自動補光，會影響實驗的準確性。

圖1 比色測溫流程Fig. 1 Colorimetric temperature measurement process

拍攝得到灰度圖通過使用基于邊緣自適應(yīng)插值算法[13]的python 代碼進行彩色圖片重建。Bayer 域R/G/B 分布模型如圖2 所示，由于綠色像素點的數(shù)量是紅色和藍色像素數(shù)量的兩倍，其包含更多原始圖像的邊緣信息，故先對綠色分量進行插值重建。首先計算水平和垂直兩個方向由亮度信號的梯度和色度信號的二階微分構(gòu)成的邊緣檢測算子，沿合適的方向進行綠色分量的重建。利用已經(jīng)重建好的綠色分量，采用紅綠色差空間或藍綠色差空間的線性插值來完成紅色和藍色分量的重建，具體插值算法如下。

首先對紅色和藍色采樣點處的綠色分量進行重建，以圖2(a)為例，中心紅色采樣點Ri,j處水平方向和垂直方向檢測算子計算如下：

圖2 拜爾插值運算Fig. 2 Bayer interpolation

式中：ΔH為水平算子，ΔV為垂直算子，G為綠色分量，R為紅色分量。

當水平算子小于垂直算子時，綠色分量的計算沿水平方向進行，計算如下：

當水平算子大于垂直算子時，綠色分量的計算沿垂直方向進行，計算如下：

當水平和垂直的算子相等時，則綠色分量的為水平和垂直方向的平均值，計算如下：

紅色和藍色分量的重建過程以圖2(b)為例，中心點處的紅色分量的重建使用上下兩點R-G空間的線性插值，藍色分量的重建使用左右兩點B-G空間的線性插值，具體如下：

式中：B為藍色分量。

最后進行紅色(藍色)采樣點處的藍色(紅色)分量的重建，以圖2(a)為例。紅色周圍最近的藍色像素點處于左上，左下、右上、右下四個位置。為了更好地保存邊緣信息，與綠色分量的重建類似，需要先計算沿45°方向和135°方向梯度算子，再沿算子較小的方向插值。梯度算子計算如下：

式中：α 為45°方向梯度算子，β 為135°方向梯度算子。

當45°方向的梯度算子小于135°方向時，紅色分量的計算沿45°方向水平方向進行:

當45°方向的梯度算子大于135°方向時，紅色分量的計算沿135°方向梯度方向進行:

當45°方向的梯度算子和135°方向相等時，則紅色分量的為兩者的平均值，計算如下：

這種插值方法能夠有效地防止圖像的顏色失真，更好地保留原始邊緣信息，增強色彩平滑度，提高圖像紋理和R、G、B分量的準確度。

插值運算得到彩色圖像后，使用python 程序進行計算。根據(jù)相關(guān)R和G像素值計算每個像素點的R/G的值，代入式(5)，得到對應(yīng)像素點的溫度，隨后選擇合適的溫度范圍和刻度，繪制出溫度分布圖[14]。

1.3 溫度標定

在進行正式爆炸瞬態(tài)溫度測量實驗前，應(yīng)對系統(tǒng)的溫度測量精度進行標定。由于鎢是熔點最高的金屬，其熔點高達3695 K，鎢絲在一定電壓和電流條件下，溫度變化情況可循，因此選用鎢絲燈作為溫度源進行標定。溫度標定的步驟如下：通過高速相機對發(fā)光鎢絲燈進行拍攝，標定出高速相機圖像傳感器R/G 比值隨溫度的變化關(guān)系，再采用曲線擬合方法對溫度數(shù)值的變化規(guī)律進行擬合計算(如圖3所示)，得到測溫系統(tǒng)的溫度修正系數(shù)[15]。

圖3 高溫鎢絲燈的標定實驗Fig. 3 Calibration using a high-temperature tungsten filament lamp

2 試驗材料與裝置

2.1 試驗材料

玻璃微球(GMs，商業(yè)級，美國3M 公司)，商業(yè)級TiH2(儲氫質(zhì)量占3.85%，美國Thermo Fisher Scientific 公司)，乳化基質(zhì)(密度1.31 g/cm3，淮南舜泰化工有限公司)，其成分如表1 所示，C2H2(體積純度不低于99.98%，合肥恒隆電氣有限公司)，空氣(20.98% (體積分數(shù)) O2+79.02% (體積分數(shù)) N2，合肥恒隆電氣有限公司)。

表1 乳化基質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)Table 1 Mass fraction of emulsion matrix

如圖4 所示，利用激光粒度分析儀 (Mastersizer 2000, Malvern, UK) 觀測了GMs、TiH2、鎢粉的粒度分布情況。玻璃微球的粒徑分布寬，粒徑范圍在11.5～158.5 μm，平均粒徑D50為55.6 μm (如圖4(a)所示)。TiH2粒徑分布較集中，粒徑范圍在0.2～34.7 μm，平均粒徑D50為7.6 μm(如圖4(b)所示)。鎢粉的粒徑范圍在0.8～100 μm，平均粒徑D50為3.9 μm(如圖4(c)所示)。

圖4 粉末的粒度分布Fig. 4 The particle size distribution of powders

2.2 炸藥爆炸實驗

如圖5 所示，采用二色比溫方法對添加不同含量TiH2的乳化炸藥的爆炸溫度場進行測量。實驗所用乳化炸藥采用玻璃微球敏化，玻璃微球添加量為4%[16-17]，具體配方如表2 所示。每組乳化炸藥樣品的質(zhì)量為20 g，并采用聚乙烯塑料膜包裹成球形藥包。球形藥包被固定在鋼架上，藥包中心距地面為0.5 m，同時高速相機和防護裝置被布置距離藥包20 m 處。炸藥爆炸過程由高速相機(Memrecam HX-3，日本NAC 公司)記錄，拍攝時的幀率設(shè)置為173000 s-1，曝光時間為5.8 μs。為避免實驗誤差，每組測試進行3 次以上，并取有效數(shù)據(jù)的平均值。

表2 乳化炸藥樣品的組成Table 2 Composition of emulsion explosive samples

圖5 炸藥爆炸及比色測溫實驗Fig. 5 The explosive explosion and colorimetric temperature measurement experiment

2.3 粉塵爆炸實驗

利用如圖6 所示的粉塵爆炸實驗系統(tǒng)，研究不同濃度TiH2粉塵的燃燒行為。主要由燃燒管(移動管+固定管)、供氣系統(tǒng)、分散系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、高速攝影系統(tǒng)組成。各部件的動作順序由時序控制器同步控制。實驗首先利用0.5 MPa 壓縮空氣分散TiH2顆粒0.12 s，形成粉塵云，然后通過高壓點火器進行點火，點火電極的材質(zhì)為鎢，放電間隙4 mm，持續(xù)放電0.02 s。配有尼康A(chǔ)F Micro-Nikkor 200mm f/4D IFED 微距鏡頭的高速相機(Memrecam HX-3，日本NAC 公司)，通過時序控制器同步觸發(fā)，記錄粉塵云火焰的傳播。另外，在點火前，電磁鐵控制將移動管向下移動，形成開放空間，使粉塵云火焰?zhèn)鞑ゲ皇芄鼙诘募s束，有利于觀察火焰結(jié)構(gòu)和傳播行為。

圖6 粉塵爆炸實驗系統(tǒng)Fig. 6 Dust explosion experimental system

2.4 氣體爆炸實驗

與固相燃燒不同的是，氣相燃燒中可視為灰體的物質(zhì)很少。高速攝像機的成像傳感器幾乎不可能探測到用于溫度計算的灰體輻射。因此，并不能直接用比色測熱法直接測定C2H2/空氣混合氣體的火焰溫度。本研究利用輔助鎢粉改進的比色測溫技術(shù)測試了不同濃度的C2H2/空氣混合氣體的動態(tài)溫度結(jié)構(gòu)。選用鎢粉作為輔助物質(zhì)的原因如下：(1) 鎢的著火點通常高于C2H2火焰的溫度，這保證了鎢粉不參與燃燒；(2) 鎢粉具有優(yōu)越的導熱性；(3) 鎢粉在氣體燃燒過程中扮演灰體的角色，為雙色測熱技術(shù)的應(yīng)用提供了條件。

氣體爆炸測試裝置如圖7 所示，主要由乳膠氣球、儲粉罐、儲氣罐、電磁閥、點火電極、時序控制器、高速攝像機等組成。實驗開始時，將預混好的C2H2/空氣混合氣體(C2H2體積分數(shù)為10%)充入乳膠氣球，初始氣體體積約20 L。靜置5 min 后，電磁閥打開，高壓氣體將鎢粉注射到乳膠氣球(注射時間為1.0 s)，點火延遲時間是確定為80 ms，高速攝像機同步進行拍攝。容器內(nèi)鎢粉質(zhì)量為0.2 g (粉塵質(zhì)量濃度為8.9 g/m3)。電磁閥、火焰點火器和高速攝像機均由時序控制器控制，高速攝像機記錄火焰結(jié)構(gòu)。

圖7 氣體爆炸測試裝置Fig. 7 Gas explosion test system

3 結(jié)果與討論

3.1 炸藥爆炸溫度場的測試

利用比色測溫方法對高速相機記錄的炸藥爆炸過程圖像進行處理計算，得到了對應(yīng)的爆炸溫度云圖和溫度數(shù)據(jù)。為了研究添加TiH2的乳化炸藥的爆炸溫度場的特點，對比分析了空白乳化炸藥和加入質(zhì)量分數(shù)為6%的TiH2的乳化炸藥爆炸過程的溫度分布云圖，如圖8 和圖9 所示。此外，為了方便研究炸藥的爆炸溫度場變化情況，實驗中將最初記錄的爆炸圖片所對應(yīng)的時刻記為0 μs。由于高速相機拍攝時設(shè)置的拍攝幀率為173000 s-1，可以確定相鄰兩張爆炸圖片之間的時間間隔約為5.8 μs。如圖8 所示，空白乳化炸藥爆炸時，在0～17.4 μs 的時間內(nèi)，盡管爆炸火球不斷膨脹，但火球溫度卻逐漸降低。17.4～40.6 μs 時，爆炸火球開始破裂并逐漸熄滅，火球溫度不斷降低。爆炸火球平均溫度在0 μs 處得到最大值，其值為2154 K。造成該現(xiàn)象的原因可以歸結(jié)為以下三點：(1) 炸藥在爆炸過程中壓縮周圍空氣對外做功釋放能量；(2) 炸藥被引爆后以聲、光、熱和振動等形式釋放能量；(3) 炸藥爆炸產(chǎn)物在爆炸沖擊波的驅(qū)動下向四周擴散，與周圍的空氣發(fā)生快速的熱交換釋放熱量。由于以上三個原因，炸藥在爆炸過程中的內(nèi)能不斷降低，表現(xiàn)為整個爆炸過程中爆炸火球的溫度一直下降。此外，已有研究表明空白樣乳化炸藥的爆轟溫度值在2070 K 左右[18]，與比色測溫實驗結(jié)果一致。

圖8 無TiH2 粉末乳化炸藥不同時刻的爆炸溫度Fig. 8 The explosion temperature maps of emulsion explosive without TiH2 powders at different times

如圖9 所示，加入TiH2的乳化炸藥在爆炸時，在5.8～23.2 μs 的時間內(nèi)，爆炸火球體積不斷增大，火球溫度卻逐漸上升。在23.2～46.4 μs 的時間內(nèi)，爆炸火球逐漸破裂，但火球溫度繼續(xù)上升，爆炸火球平均溫度在46.4 μs 時刻達到最大值3048 K。之后，爆炸火球開始熄滅且溫度逐漸下降。與空白乳化炸藥相比，加入TiH2的乳化炸藥的爆炸火球溫度呈先上升后下降趨勢，且火球的最高平均溫度和持續(xù)作用時間分別提高了41.5%和57.1%左右。這主要是加入TiH2的乳化炸藥被引爆后，部分TiH2粉體作為高能燃料參與炸藥的爆轟反應(yīng)，提高了炸藥爆炸的輸出能量；部分TiH2顆粒和爆轟產(chǎn)物在隨沖擊波向周圍空間擴散時，與空氣中的氧氣混合，發(fā)生快速的燃燒反應(yīng)，釋放大量的燃燒熱能，進而導致乳化炸藥的爆炸溫度在反應(yīng)前期不僅沒下降反而一直保持上升[19]。當炸藥中高能組分燃燒反應(yīng)結(jié)束以及爆炸產(chǎn)物的進一步擴散，燃燒粒子和爆炸產(chǎn)物逐漸冷卻，表現(xiàn)為爆炸火球的溫度開始下降。因此，當TiH2顆粒作為高能添加劑引入到乳化炸藥中時，可以顯著提高炸藥的爆炸火球溫度和持續(xù)時間，增強炸藥的熱毀傷效果。

圖9 含6% TiH2 粉末的乳化炸藥在不同時間的爆炸溫度Fig. 9 Explosion temperature maps of the emulsion explosive with 6% TiH2 powder at different times

3.2 TiH2 粉塵云的火焰溫度測試

圖10 和圖11 分別為濃度為500 和833 g/m3的TiH2粉塵云火焰?zhèn)鞑ミ^程的溫度云圖。為了便于說明，將點火時刻記為0 ms?？梢钥闯?，火焰發(fā)展初期呈現(xiàn)球形傳播[20]，隨著火焰的發(fā)展，火焰鋒面逐漸扭曲，這是由于管內(nèi)的湍流環(huán)境和粉塵云的分布不均勻，并且TiH2粉塵在高溫作用下釋放的H2對火焰形狀起到擾動作用?；鹧媲颁h溫度最高，而越往火焰中心，溫度逐漸降低。造成這種現(xiàn)象的原因是，火焰前鋒為燃燒反應(yīng)區(qū)，O2濃度更高，粉塵和氫氣燃燒的更加充分，釋放的熱量更多。此外，根據(jù)兩種濃度下TiH2粉塵云火焰?zhèn)鞑囟葓D可以看到，火焰下方溫度最高?；鹧娼Y(jié)構(gòu)自上而下的不均勻性被認為是粒子密度不同的結(jié)果[11]?；鹧婕t色邊緣厚度大約為3～5 mm，由于粉塵分散的不均勻性，導致邊緣區(qū)域并不總是很清晰的，有些部位較厚。

圖10 質(zhì)量濃度為500 g/m3 的TiH2 塵云中的火焰溫度發(fā)展Fig. 10 Flame temperature development in the 500 g/m3 TiH2 dust clouds

圖11 質(zhì)量濃度為833 g/m3 的TiH2 塵云中的火焰溫度發(fā)展Fig. 11 Flame temperature development in the 833 g/m3 TiH2 dust clouds

TiH2粉塵云火焰溫度隨時間的變化如圖12 所示，忽略點火電極對初期火焰溫度的影響，粉塵云總體火焰平均溫度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，這是因為初始顆粒和H2燃燒釋放的熱量，使樣品溫度持續(xù)上升，直至達到峰值。隨著樣品的消耗，燃燒劇烈程度變小，散熱損失大于燃燒釋放的熱量，溫度開始下降。質(zhì)量濃度為500 g/m3的粉塵火焰最高平均溫度為2231 K，而833 g/m3最高平均溫度為2192 K。這與Young 等[21]采用寬帶光輻射測溫技術(shù)對TiH2燃燒溫度測試結(jié)果很好的吻合。質(zhì)量濃度為500 g/m3的粉塵火焰平均溫度高于833 g/m3的溫度。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可以歸結(jié)為：粉塵云濃度較高時，單位體積內(nèi)粉塵顆粒數(shù)量增多，除燃燒顆粒外，過剩的粉塵顆粒吸收了較多的熱量，火焰的溫度反而會下降。

圖12 不同質(zhì)量濃度的TiH2 粉塵云溫度曲線Fig. 12 Temperature curves of TiH2 dust clouds with different concentrations

3.3 C2H2 氣體爆炸溫度場的測試

采用二色比溫方法研究了10%C2H2/90%空氣預混氣體（C2H2和空氣的體積分數(shù)分別為10% 和90%）火焰發(fā)展的溫度分布。如圖13 所示。火焰?zhèn)鞑コ跗跍囟确植季鶆颍瑑?nèi)部溫度略低于邊緣溫度。隨著火焰向外傳播(從點燃1 ms 到點燃3 ms)，邊緣溫度逐漸升高，但平均溫度開始降低，內(nèi)部溫度降低幅度更大。造成這個結(jié)果的原因是火焰邊緣相對內(nèi)部有充足的O2，燃燒反應(yīng)區(qū)可以對火焰封面進行不斷的熱量補充，而內(nèi)部大部分為燃燒產(chǎn)物，且反應(yīng)區(qū)熱量對內(nèi)部傳遞較困難。通過二色比溫方法測得預混氣體的最大平均溫度值為2523 K，與文獻[22-24]中提到的實驗數(shù)據(jù)非常接近。

圖13 10%C2H2/70%空氣火焰發(fā)展的溫度分布圖Fig. 13 Evolution of the flame temperature distribution of the 10%-C2H2/70%-air mixture

4 結(jié) 論

(1) 由比色測溫結(jié)果可知，TiH2的引入會提高乳化炸藥的爆炸溫度并延緩爆炸火球溫度的衰減。當TiH2含量在6%時，爆炸平均溫度最大值為3048 K，相比空白乳化炸藥提高了41.5%。

(2) TiH2粉塵云火焰在初期鋒面較為光滑，隨著火焰的發(fā)展，火焰鋒面逐漸變的扭曲，火焰溫度由粉塵云中心向外逐漸升高，并在火焰鋒面處達到最大值。此外，TiH2粉塵云的火焰平均溫度整體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，500 g/m3的粉塵火焰平均溫度高于833 g/m3的溫度，其最高平均溫度分別為2231 和2192 K。

(3) 10% C2H2/90%預混合空氣爆炸早期火焰溫度分布均勻，內(nèi)部略低于火焰邊緣溫度。隨著火焰向外傳播，火焰邊緣溫度逐漸升高，但平均溫度開始降低，內(nèi)部溫度降低幅度更大，比色測溫獲得的最大平均溫度值為2523 K。

(4) 利用比色測溫技術(shù)，可以有效獲取氣、固相爆炸的溫度分布信息，為爆炸瞬態(tài)溫度場分布規(guī)律和影響因素的精細化研究提供了技術(shù)支持。