氫氣被視為最清潔的可再生能源之一，在實現碳中和方面發揮著重要作用[[1], [2], [3]]。與化石燃料相比，氫能源具有豐富的來源和靈活的應用領域[4,5]。然而，由于其獨特的性質（如低點火能量、高層流燃燒速度、寬燃燒范圍和無煙燃燒[[6], [7], [8], [9]]），氫氣的安全性帶來了重大挑戰。如果氫氣被外部熱源點燃或發生自燃[[10], [11], [12]]，可能會引發噴流火災。當泄漏的氫氣在封閉空間內積聚形成預混氫氣-空氣云時，情況會更加嚴重，這種云可能會爆炸，并在某些情況下發生火焰加速和爆轟轉變（DDT）[6,13]。值得注意的是，盡管噴流火災和預混云爆炸都是由氫氣泄漏引起的，但它們的危險特性存在根本差異：噴流火災主要表現為熱輻射和對結構的沖擊加熱效應，而預混云爆炸則與沖擊波和超壓效應相關。因此，適用于爆炸的緩解策略可能不適用于噴流火災。此外，作為噴流火災的最大風險[14]，氫氣噴流火焰直接撞擊設備、管道或附近結構可能會造成嚴重的熱負荷和機械負荷，可能導致“多米諾效應”[15]。在氫能源應用場景中（例如加氫站），設計和實施安全屏障時通常會考慮火焰撞擊[16]。此外，噴流火焰撞擊也發生在家用和工業加熱設備中（如燃氣灶具、烤箱和工業燃燒器[17,18]）。因此，深入理解噴流火焰撞擊現象對于提高消防安全和優化設備的熱設計非常重要。盡管先前的研究主要集中在火焰撞擊不透水表面[[19], [20], [21], [22]]，但火焰與多孔屏障相互作用的行為仍知之甚少。
早期關于氫氣噴流撞擊屏障壁的研究主要集中在減輕與氫氣意外釋放相關的危害[23,24]。Schefer等人[24,25]和Houf等人[26,27]發現屏障壁可以有效降低屏障后的溫度、熱輻射和超壓。然而，撞擊后的火焰反射會增加屏障內側的超壓和熱輻射[24,28]。Yu等人[29]通過數值模擬研究了屏障壁對減輕氫氣噴流火災的效果。他們表明，當屏障壁與噴嘴之間的高度差超過一米時，增加屏障壁的高度并不能顯著提高緩解效果。除了剛性固體屏障外，之前的研究還探討了其他類型的屏障。Tang等人[30,31]證明水幕可以作為抑制氫氣噴流火災的有效屏障。然而，水流帶來的空氣卷入可能會加劇火災危險。高壓N2和CO2噴流也被用于減輕氫氣噴流火災[32,33]。研究發現，惰性氣體噴流雖然不能有效滅火，但可以偏轉火焰。相反，如[20]所示，偏轉的火焰可能會增強對噴嘴的對流熱傳遞。在過去幾十年中，由于金屬泡沫具有良好的熱物理和機械性能[[34], [35], [36]]，它們被廣泛用于爆炸緩解和熱管理應用。金屬泡沫的高比表面積和導電固體骨架增強了熱氣體與骨架之間的熱傳遞。這一特性使金屬泡沫能夠作為熱沉，減少傳遞給下游結構的直接熱流量。此外，多孔結構及其相關的流動阻力促進了動量損失和能量耗散[36]。這些綜合效應表明，金屬泡沫有潛力減輕噴流火焰撞擊帶來的危害。然而，據作者所知，撞擊金屬泡沫或多孔表面的噴流擴散火焰的徑向擴展行為尚未得到充分研究。
對于火災安全而言，撞擊不透水表面的噴流火焰的擴展已經得到了廣泛研究。一個常見的例子是建筑物火災中的天花板噴流。You和Faeth[38]研究了湍流火焰和火羽流撞擊水平天花板的情況，并基于小尺度數據提出了描述水平板下方火焰長度的理論模型。Zhang等人[39]通過更廣泛的實驗擴展了這項工作，研究了撞擊水平板的噴流火焰，并基于圓柱形和橢圓形火焰模型開發了預測火焰擴展長度的相關性。他們還研究了板傾斜對火焰擴展的影響，并建立了描述不同角度下天花板下方火焰擴展長度的通用方程[40]。Ding和Quintiere[41]通過對天花板下方徑向火焰長度的理論分析推導出了火焰擴展的積分模型，并提出了更通用的相關性。Lattimer等人[42]基于各種參數提出了無量綱熱釋放率的相關性，以匹配不同火源位置的火焰擴展模式。除了垂直火焰撞擊外，研究還探討了水平噴流火災撞擊對火災安全的影響。Wang等人[43]研究了撞擊固體墻的水平噴流火災，并考察了出口速度和噴嘴-墻距離的影響。他們觀察到噴嘴-墻距離的變化會改變火焰撞擊模式，并認為撞擊引起的火焰傳播與浮力和動量之間的競爭有關。Wang等人[44]研究了噴嘴出口速度、噴嘴直徑和噴嘴-板距離對水平撞擊噴流火焰的影響。他們基于Karlovitz拉伸系數提出了火焰擴展面積的相關性。最近，Gong等人的實驗工作[19]表明，撞擊屏障壁的低溫氫火焰的寬度隨著噴嘴-墻距離和氫釋放溫度的減小而增加。先前的研究主要集中在不透水邊界條件上。然而，盡管多孔材料在聲學和熱絕緣中得到廣泛應用，但火焰撞擊多孔屏障的行為仍鮮有研究。多孔屏障的透水性引入了復雜的流動和熱傳遞機制，這些機制從根本上區別了火焰傳播與固體壁的情況。因此，基于不透水邊界條件的經典理論可能不適用于描述多孔屏障條件下的火焰特性。因此，了解火焰撞擊金屬泡沫后的擴展情況對于消防安全設計和準確的風險評估至關重要。
本研究的目的是探討撞擊金屬泡沫屏障的噴流擴散火焰的擴展情況。實驗使用了孔隙密度分別為20、40、60和∞ PPI（金屬板）的屏障進行。評估了不同噴嘴-屏障距離和出口條件下的火焰擴展情況。分析了透水屏障對氫氣噴流火焰撞擊和擴展的影響，并提出了描述多孔屏障下方火焰擴展的分析相關性。
