工程科学学报 Chinese Journal of Engineering C2。C2H4、C0与H2对甲烷爆炸压力及动力学特性影响 罗振敏刘利涛王涛张江程方明 Effect of CHCH COand H on the explosion pressure and kinetic characteristics of methane LUO Zhen-min,LIU Li-tao.WANG Tao,ZHANG Jiang.CHENG Fang-ming 引用本文： 罗振敏，刘利涛，王涛，张江，程方明.C2H。、C2H4、C0与H2对甲烷爆炸压力及动力学特性影响.工程科学学报，2022， 443:339-347.doi10.13374j.issn2095-9389.2020.10.22.002 LUO Zhen-min,LIU Li-tao,WANG Tao,ZHANG Jiang,CHENG Fang-ming.Effect of C2HC2H CO and H2 on the explosion pressure and kinetic characteristics of methane[J].Chinese Journal of Engineering,2022,44(3):339-347.doi:10.13374/j.issn2095- 9389.2020.10.22.002 在线阅读View online:htps:/doi.org/10.13374.issn2095-9389.2020.10.22.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in H,H,O气氛下FeC合金薄带气固脱碳反应动力学 Gassolid reaction kinetics of decarburization of FeC alloy strips in H2/H2O 工程科学学报.2021,43(6：816 https:1doi.org10.13374.issn2095-9389.2020.04.17.003 基于改进差分进化算法的加热炉调度方法 Reheat furnace production scheduling based on the improved differential evolution algorithm 工程科学学报.2021,433：422 https:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2020.02.19.004 剧烈瓦斯爆炸隧道洞口致损机理 Damage mechanism of tunnel portal subjected to severe gas explosion 工程科学学报.2018.40(12：1476 https:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.12.005 CaCL,-LiBr(1.35:l)/H,0工质对的热物性及应用 Thermophysical properties and applications of CaCl-LiBr(1.35:1)/H,O as a working pair 工程科学学报.2018.40(2：167htps:/1doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.02.006 锂离子电芯用电极对温度与S0C的敏感性 Sensitivity of electrodes in a lithium ion cell to temperature and SOC 工程科学学报.2018,40(6)：729 https:1doi.org10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.011 C0,分压对N80油管钢在C0,驱注井环空环境中应力腐蚀行为的影响 Effect of CO,partial pressure on the stress corrosion cracking behavior of N80 tubing steel in the annulus environment of CO injection well 工程科学学报.2020,42(9)：1182 https:doi.org10.13374.issn2095-9389.2020.04.13.004
C2 H6、C2 H4、CO与H2对甲烷爆炸压力及动力学特性影响 罗振敏 刘利涛 王涛 张江 程方明 Effect of C2 H6 C2 H4 CO and H2 on the explosion pressure and kinetic characteristics of methane LUO Zhen-min, LIU Li-tao, WANG Tao, ZHANG Jiang, CHENG Fang-ming 引用本文: 罗振敏, 刘利涛, 王涛, 张江, 程方明. C2 H6、C2 H4、CO与H2对甲烷爆炸压力及动力学特性影响[J]. 工程科学学报, 2022, 44(3): 339-347. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.22.002 LUO Zhen-min, LIU Li-tao, WANG Tao, ZHANG Jiang, CHENG Fang-ming. Effect of C2 H6、C2 H4、CO and H2 on the explosion pressure and kinetic characteristics of methane[J]. Chinese Journal of Engineering, 2022, 44(3): 339-347. doi: 10.13374/j.issn2095- 9389.2020.10.22.002 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.22.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in H2 /H2 O气氛下FeC合金薄带气固脱碳反应动力学 Gassolid reaction kinetics of decarburization of FeC alloy strips in H2 /H2 O 工程科学学报. 2021, 43(6): 816 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.17.003 基于改进差分进化算法的加热炉调度方法 Reheat furnace production scheduling based on the improved differential evolution algorithm 工程科学学报. 2021, 43(3): 422 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.02.19.004 剧烈瓦斯爆炸隧道洞口致损机理 Damage mechanism of tunnel portal subjected to severe gas explosion 工程科学学报. 2018, 40(12): 1476 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.005 CaCl2 -LiBr(1.35:1)/H2 O工质对的热物性及应用 Thermophysical properties and applications of CaCl2 -LiBr(1.35:1)/H2 O as a working pair 工程科学学报. 2018, 40(2): 167 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.006 锂离子电芯用电极对温度与SOC的敏感性 Sensitivity of electrodes in a lithium ion cell to temperature and SOC 工程科学学报. 2018, 40(6): 729 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.011 CO2分压对N80油管钢在CO2驱注井环空环境中应力腐蚀行为的影响 Effect of CO2 partial pressure on the stress corrosion cracking behavior of N80 tubing steel in the annulus environment of CO2 injection well 工程科学学报. 2020, 42(9): 1182 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.13.004
工程科学学报.第44卷，第3期：339-347.2022年3月 Chinese Journal of Engineering,Vol.44,No.3:339-347,March 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.22.002;http://cje.ustb.edu.cn C2H6、C2H4、CO与H2对甲烷爆炸压力及动力学特性影响 罗振敏2)区，刘利涛2，王涛引，张江，程方明2) 1)西安科技大学安全科学与工程学院，西安7100542)陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心.西安710054 3)西安科技大学矿业工程博士后流动站，西安7100544)西安科技大学期刊中心，西安710054 ☒通信作者，E-mail:zmluo@xust.edu.cn 摘要为量化可燃气体爆燃引起的潜在危险性提供相关的基础数据，设计出在气体燃料加工、储存和运输过程中能够承受 爆炸危险的容器.运用20L球形气体爆炸系统，在不同初始温度(298~373K)与不同的预混气体(CO、H2、C,H4、C,H,)体积 分数(0.4%~2.0%)条件下，获取了甲烷体积分数为7%与11%的甲烷-空气混合物的爆炸压力特性参数.此外，采用 CHEMKIN软件，模拟分析了不同体积分数的预混气体在爆炸过程中H·、O·和·OH自由基摩尔分数的变化趋势，并进行了敏 感性分析.结果表明，同一体积分数的预混气体，随初始温度的增加，最大爆炸压力呈线性降低，最大爆炸压力上升速率几乎 恒定或下降.同一初始温度，对于甲烷体积分数为7%的甲烷-空气混合物，随着预混气体的体积分数增大到2%，其最大爆炸 压力、最大爆炸压力上升速率均呈增大的趋势，而甲烷体积分数为11%的甲烷-空气混合物对应的最大爆炸压力与最大爆炸 压力上升速率均呈减小趋势.随着预混气体体积分数的增加，甲烷体积分数为7%的甲烷-空气混合物在爆炸过程中H、 O和·OH自由基摩尔分数峰值上升.O和OH自由基摩尔分数峰值在甲烷体积分数为11%的甲烷-空气混合物中呈下降趋 势，H自由基摩尔分数峰值有所上升.对于甲烷体积分数为7%与11%的甲烷-空气混合物，其影响甲烷的关键基元反应式 不变，敏感性系数随预混气体体积分数的增加而减弱 关键词甲烷爆炸：初始温度；爆炸压力特性；压力预测：敏感性分析 分类号TD712.7 Effect of C2H6 C2H4 CO and H2 on the explosion pressure and kinetic characteristics of methane LUO Zhen-min2 LIU Li-tao2,WANG Tao,ZHANG Jiang)CHENG Fang-ming2) 1)School of Safety Science and Engineering,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an 710054,China 2)Shaanxi Engineering Research Center for Industrial Process Safety Emergency Rescue,Xi'an 710054,China 3)Postdoctoral Programme of Mineral Engineering,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an 710054,China 4)Journal Publishing Center,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an 710054,China Corresponding author,E-mail:zmluo@xust.edu.cn ABSTRACT The gas composition of spontaneous coal combustion in a high-temperature mine fire area is extremely complex.Due to the low-temperature oxidation or pyrolysis of coal,a variety of combustible and explosive gases are produced,such as CH.CO,H2, C2H,C2H4,C3Hg,and C2H2 The paper provided associated basic data to quantify potential hazards caused by flammable gases and design containers that can withstand explosion during gas fuel processing,storage,and transportation.Under different initial temperatures (298-373 K)and varying volume fractions of the premixed gases (CO,H,C2H4,and C2H:0.4%-2.0%),when volume fraction of methane is 7%and 11%,the explosion pressure characteristic parameters were obtained in a 20 L spherical gas explosion system.In addition,the change in trend of the mole fraction of H.,O.,and OH radicals of the gas mixture during the explosion process 收稿日期：2020-10-22 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51674193)：陕西省创新能力支撑计划资助项目(2020TD-021)
C2H6、C2H4、CO 与 H2 对甲烷爆炸压力及动力学特性影响 罗振敏1,2) 苣，刘利涛1,2)，王 涛3)，张 江1,4)，程方明1,2) 1) 西安科技大学安全科学与工程学院，西安 710054 2) 陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心，西安 710054 3) 西安科技大学矿业工程博士后流动站，西安 710054 4) 西安科技大学期刊中心，西安 710054 苣通信作者， E-mail: zmluo@xust.edu.cn 摘 要 为量化可燃气体爆燃引起的潜在危险性提供相关的基础数据，设计出在气体燃料加工、储存和运输过程中能够承受 爆炸危险的容器. 运用 20 L 球形气体爆炸系统，在不同初始温度（298～373 K）与不同的预混气体（CO、H2、C2H4、C2H6）体积 分数（0.4%～2.0%）条件下，获取了甲烷体积分数为 7% 与 11% 的甲烷−空气混合物的爆炸压力特性参数. 此外，采用 CHEMKIN 软件，模拟分析了不同体积分数的预混气体在爆炸过程中 H·、O· 和·OH 自由基摩尔分数的变化趋势，并进行了敏 感性分析. 结果表明，同一体积分数的预混气体，随初始温度的增加，最大爆炸压力呈线性降低，最大爆炸压力上升速率几乎 恒定或下降. 同一初始温度，对于甲烷体积分数为 7% 的甲烷−空气混合物，随着预混气体的体积分数增大到 2%，其最大爆炸 压力、最大爆炸压力上升速率均呈增大的趋势，而甲烷体积分数为 11% 的甲烷−空气混合物对应的最大爆炸压力与最大爆炸 压力上升速率均呈减小趋势. 随着预混气体体积分数的增加，甲烷体积分数为 7% 的甲烷−空气混合物在爆炸过程中 H·、 O·和·OH 自由基摩尔分数峰值上升. O·和·OH 自由基摩尔分数峰值在甲烷体积分数为 11% 的甲烷−空气混合物中呈下降趋 势，H·自由基摩尔分数峰值有所上升. 对于甲烷体积分数为 7% 与 11% 的甲烷−空气混合物，其影响甲烷的关键基元反应式 不变，敏感性系数随预混气体体积分数的增加而减弱. 关键词 甲烷爆炸；初始温度；爆炸压力特性；压力预测；敏感性分析 分类号 TD712.7 Effect of C2H6、C2H4、CO and H2 on the explosion pressure and kinetic characteristics of methane LUO Zhen-min1,2) 苣 ，LIU Li-tao1,2) ，WANG Tao3) ，ZHANG Jiang1,4) ，CHENG Fang-ming1,2) 1) School of Safety Science and Engineering, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China 2) Shaanxi Engineering Research Center for Industrial Process Safety & Emergency Rescue, Xi’an 710054, China 3) Postdoctoral Programme of Mineral Engineering, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China 4) Journal Publishing Center, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China 苣 Corresponding author, E-mail: zmluo@xust.edu.cn ABSTRACT The gas composition of spontaneous coal combustion in a high-temperature mine fire area is extremely complex. Due to the low-temperature oxidation or pyrolysis of coal, a variety of combustible and explosive gases are produced, such as CH4 , CO, H2 , C2H6 , C2H4 , C3H8 , and C2H2. The paper provided associated basic data to quantify potential hazards caused by flammable gases and design containers that can withstand explosion during gas fuel processing, storage, and transportation. Under different initial temperatures (298–373 K) and varying volume fractions of the premixed gases (CO, H2 , C2H4 , and C2H6 : 0.4%–2.0%), when volume fraction of methane is 7% and 11%, the explosion pressure characteristic parameters were obtained in a 20 L spherical gas explosion system. In addition, the change in trend of the mole fraction of H·, O·, and OH radicals of the gas mixture during the explosion process 收稿日期: 2020−10−22 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51674193）；陕西省创新能力支撑计划资助项目（2020TD-021） 工程科学学报，第 44 卷，第 3 期：339−347，2022 年 3 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 44, No. 3: 339−347, March 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.22.002; http://cje.ustb.edu.cn
340 工程科学学报，第44卷.第3期 was analyzed and simulated.Sensitivity analysis was performed using the CHEMKIN software.Results show that at the same volume fractions of the premixed gases,the maximum explosion pressure linearly decreases with increasing initial temperature and the maximum pressure rise rate is almost constant or slightly decreasing.At the same initial temperature,when volume fraction of methane is 7%,as the volume fractions of the premixed gases increases to 2%,the maximum explosion pressure and the maximum pressure rise rate show an increasing trend.However,a decreasing trend is observed with 11%methane-air mixture.When volume fraction of methane is 7%,with the increased gas mixture volume fraction,the maximum mole fraction of the free radicals,H.,O-,and-OH increases.When volume fraction of methane is 11%,the maximum mole fraction of O.and-OH radicals indicated a downward trend. whereas that of the H.radical increases with increase in volume fractions of the premixed gases.When volume fraction of methane is7% and 11%,chemical kinetics analysis revealed that the addition of premixed gases had little effect on the key elementary reactions. Moreover,the sensitivity coefficient of CHa decreases with increase in volume fractions of the premixed gases. KEY WORDS methane explosion;initial temperatures;explosion pressure characteristic;explosion pressure prediction;sensitivity analysis 煤矿瓦斯（煤层气）主要成分是甲烷，还有少 动力学角度采用密度泛函方法B3LYP/6-31G对瓦 量烃类气体（乙烷、丙烷等）和非烃类气体.在煤 斯爆炸链式反应机理进行了定量分析，模拟了混 矿井下，采用瓦斯体积分数为10%~30%的内燃机 合气体对甲烷爆炸过程中中间产物浓度的影响情 发电方式并加以利用，当煤矿瓦斯体积分数低于 况，并进行了敏感性分析，梁运涛等运用数值 10%时，因其难于利用、成本高等原因，大部分直 分析和数学物理方程的推导方法，以及物理化学研 接排入大气中四.近年来，随着各种技术的发展，低 究方法，对定容燃烧反应器中瓦斯爆炸反应动力学 浓度的瓦斯正在被广泛地应用在工程上.在以煤 机理的计算模型进行了推导、细化和求证，解释和 矿瓦斯为原料开采、加工和使用的过程中，容器和 验证了定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸与激 储罐中可能存在多种易燃气体四，裸露的电气设备 波诱导瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型20-2 可能会成为火源从而引起多元可燃气体爆炸事故 王连聪等就激波诱导瓦斯爆炸过程中水对爆炸温 在与爆燃现象有关的各个领域中，通风系统 度、冲击波速度、反应物摩尔分数、自由基摩尔分 设计以及安全使用燃料的建议都需要燃料-空气 数及主要致灾性气体摩尔分数变化趋势的影响， 混合物爆燃特性的数据，尤其是在不同的初始压 进行了数值模拟研究与对比分析四李祥春等利 力、温度、气体体积分数、环境湿度、容器大小与 用定容反应器模型，对不同瓦斯浓度情况下的瓦 形状、点火能量等复杂工况下，确定可燃气体的爆 斯爆炸反应进行了模拟研究] 炸压力特性参数显得尤为重要.迄今为止，已对甲 为了预防潜在爆炸事故发生，首先需要在复 烷、乙烯，丙烷和氢气等的爆燃特性1和抑制技 杂的初始条件下了解燃料-空气混合物的爆炸压 术0-四进行了广泛的研究，并且还考虑了汽油和 力特性.选取CH4、CO、H2、C2H6、C2H4气体为研 乙醇或复合燃料的爆燃特性3-1刀例如，Razus等 究对象，通过在20L球体容器中测试不同温度下， 通过实验测量了在不同温度(298~423K)和压力 不同体积分数的预混气体对甲烷-空气混合物爆 (0.03~0.12MPa)下不同形状的容器中(0.52L球 炸特性的影响.同时利用CHEMKIN软件分析多 形容器和1.12L圆柱形容器)丙烷体积分数为 元可燃气体对自由基H,O和OH以及甲烷关键 2.50%~6.20%的丙烷-空气混合物的爆燃特性参 基元反应变化的影响.从化学动力学方面揭示预 数阿张良等通过实验研究了较高温度下化学当量 混气体在甲烷爆炸过程中的作用机理，有助于全 比对一氧化碳和空气混合物的爆燃特性的影响门 面了解多元混合气体的爆炸行为，以期为甲烷爆 Mitu与Brandes报道了在不同初始浓度、压力、温 炸的预防与抑制提供理论依据 度和容器体积的初始条件下，密闭容器中乙醇空 1试验与数值模拟 气混合物的爆炸参数]Qi等测试了不同汽油浓 度、温度、湿度和氧气浓度下汽油的爆燃特性参 1.1试验系统 数，预测了汽油在空气混合物中爆燃压力的公式4 气体与粉尘爆炸试验系统主要包括20L球形 Lu0等通过实验测定了两种及两种以上的多元可燃 爆炸罐、配气系统、点火系统、数据采集系统、加 气体的爆炸极限、爆炸压力等特性参数剧 热系统和控制计算机，如图1所示.20L球形爆炸 在动力学特性方面，罗振敏等从微观热力学和 罐开设了3个直径为110mm的观测视窗.工作压
was analyzed and simulated. Sensitivity analysis was performed using the CHEMKIN software. Results show that at the same volume fractions of the premixed gases, the maximum explosion pressure linearly decreases with increasing initial temperature and the maximum pressure rise rate is almost constant or slightly decreasing. At the same initial temperature, when volume fraction of methane is 7%, as the volume fractions of the premixed gases increases to 2%, the maximum explosion pressure and the maximum pressure rise rate show an increasing trend. However, a decreasing trend is observed with 11% methane –air mixture. When volume fraction of methane is 7%, with the increased gas mixture volume fraction, the maximum mole fraction of the free radicals, H·, O·, and ·OH increases. When volume fraction of methane is 11%, the maximum mole fraction of O· and ·OH radicals indicated a downward trend, whereas that of the H· radical increases with increase in volume fractions of the premixed gases. When volume fraction of methane is 7% and 11%, chemical kinetics analysis revealed that the addition of premixed gases had little effect on the key elementary reactions. Moreover, the sensitivity coefficient of CH4 decreases with increase in volume fractions of the premixed gases. KEY WORDS methane explosion； initial temperatures； explosion pressure characteristic； explosion pressure prediction； sensitivity analysis 煤矿瓦斯（煤层气）主要成分是甲烷，还有少 量烃类气体（乙烷、丙烷等）和非烃类气体. 在煤 矿井下，采用瓦斯体积分数为 10%～30% 的内燃机 发电方式并加以利用，当煤矿瓦斯体积分数低于 10% 时，因其难于利用、成本高等原因，大部分直 接排入大气中[1] . 近年来，随着各种技术的发展，低 浓度的瓦斯正在被广泛地应用在工程上. 在以煤 矿瓦斯为原料开采、加工和使用的过程中，容器和 储罐中可能存在多种易燃气体[2] ，裸露的电气设备 可能会成为火源从而引起多元可燃气体爆炸事故. 在与爆燃现象有关的各个领域中，通风系统 设计以及安全使用燃料的建议都需要燃料−空气 混合物爆燃特性的数据，尤其是在不同的初始压 力、温度、气体体积分数、环境湿度、容器大小与 形状、点火能量等复杂工况下，确定可燃气体的爆 炸压力特性参数显得尤为重要. 迄今为止，已对甲 烷、乙烯，丙烷和氢气等的爆燃特性[3−9] 和抑制技 术[10−12] 进行了广泛的研究，并且还考虑了汽油和 乙醇或复合燃料的爆燃特性[13−17] . 例如，Razus 等 通过实验测量了在不同温度（298～423 K）和压力 （0.03～0.12 MPa）下不同形状的容器中（0.52 L 球 形容器 和 1.12 L 圆柱形容器 ）丙烷体积分数 为 2.50%～6.20% 的丙烷−空气混合物的爆燃特性参 数[5] . 张良等通过实验研究了较高温度下化学当量 比对一氧化碳和空气混合物的爆燃特性的影响[7] . Mitu 与 Brandes 报道了在不同初始浓度、压力、温 度和容器体积的初始条件下，密闭容器中乙醇/空 气混合物的爆炸参数[13] . Qi 等测试了不同汽油浓 度、温度、湿度和氧气浓度下汽油的爆燃特性参 数，预测了汽油在空气混合物中爆燃压力的公式[14] . Luo 等通过实验测定了两种及两种以上的多元可燃 气体的爆炸极限、爆炸压力等特性参数[15−18] . 在动力学特性方面，罗振敏等从微观热力学和 动力学角度采用密度泛函方法 B3LYP/6-31G 对瓦 斯爆炸链式反应机理进行了定量分析，模拟了混 合气体对甲烷爆炸过程中中间产物浓度的影响情 况，并进行了敏感性分析[17,19] . 梁运涛等运用数值 分析和数学物理方程的推导方法，以及物理化学研 究方法，对定容燃烧反应器中瓦斯爆炸反应动力学 机理的计算模型进行了推导、细化和求证，解释和 验证了定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸与激 波诱导瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型[20−21] . 王连聪等就激波诱导瓦斯爆炸过程中水对爆炸温 度、冲击波速度、反应物摩尔分数、自由基摩尔分 数及主要致灾性气体摩尔分数变化趋势的影响， 进行了数值模拟研究与对比分析[22] . 李祥春等利 用定容反应器模型，对不同瓦斯浓度情况下的瓦 斯爆炸反应进行了模拟研究[23] . 为了预防潜在爆炸事故发生，首先需要在复 杂的初始条件下了解燃料−空气混合物的爆炸压 力特性. 选取 CH4、CO、H2、C2H6、C2H4 气体为研 究对象，通过在 20 L 球体容器中测试不同温度下， 不同体积分数的预混气体对甲烷−空气混合物爆 炸特性的影响. 同时利用 CHEMKIN 软件分析多 元可燃气体对自由基 H·，O·和·OH 以及甲烷关键 基元反应变化的影响. 从化学动力学方面揭示预 混气体在甲烷爆炸过程中的作用机理，有助于全 面了解多元混合气体的爆炸行为，以期为甲烷爆 炸的预防与抑制提供理论依据. 1 试验与数值模拟 1.1 试验系统 气体与粉尘爆炸试验系统主要包括 20 L 球形 爆炸罐、配气系统、点火系统、数据采集系统、加 热系统和控制计算机，如图 1 所示. 20 L 球形爆炸 罐开设了 3 个直径为 110 mm 的观测视窗. 工作压 · 340 · 工程科学学报，第 44 卷，第 3 期
罗振敏等：CH6、CH4、C0与H2对甲烷爆炸压力及动力学特性影响 ·341· 力可达4MPa,可在室温至473K、0.01~1MPa(绝 差小于2K.在加热到指定温度时系统自动将气体 压)条件下进行试验测试.加热系统由循环泵、加 充入球形爆炸罐内，循环搅拌300s以保证气体 热器和水（油）箱等组成，并连接到20L球形容器 的均匀性.试验装置在之前的工作1中也有详细 通过填充并循环加热硅油控制内部温度，温度误 描述 Circulating oil View port Thermal insulating chamber Explosion chamber Ignitor electrode Pressure transducer Temperature transducer D=110 mm Computer Inner wall Powder cylinder Out wall Gas release valve Vacuum meter Powder release valve Circulating pump 图120L球形气体爆炸试验系统示意图 Fig.I Schematic of the 20 Lspherical gas explosion experimental setup 1.2试验气体及工况 爆炸机理及其影响因素提供了一种有效的方法 所有试验均在环境压力(0.1MPa)下进行，湿 在研究CH4、C2H6、H2和CO等气体化学动力学 度为52%~73%RH(相对湿度).该球形罐的初始 机制方面，GRI-Mech3.0的可靠性得到了一些学者 气体温度设置为298、313、333、353和373K.点火 的证实7,20-2]，其详细机理也得到了广泛的认可 能量设定为1J,电极间距为3mm.为了分析以CO 所以模拟选用CHENKIN内置闭式均相反应器 为主要成分的混合物对甲烷在空气中的爆炸特性 (Closed homogeneous batch reactor).作为定容反应 的影响，限于试验系统的配气精度，恒力公司提供 器模型.采用GRI-Mech3.0(53种组分，325个基 了体积分数比为1：1：5：1的C2H6,C2H4,CO和H2 元反应)研究甲烷爆炸的化学动力学特性.问题 的预混气体.结合矿井可燃气体实际情况，分别取 类型为定容、绝热条件下求解能量方程，没有热 体积分数为0.4%、0.8%、1.2%、1.6%和2.0%的预混 量损失.模拟所需气体为CH4、O2、N2、CO、 气体进行试验.试验中甲烷体积分数为7%与11%. C2H6、C2H4和H2,初始温度为1300K,初始压力 1.3模拟计算条件 为1个标准大气压，反应时间为0.02s,具体工况 化学动力学计算CHEMKIN软件为研究瓦斯 见表1. 表1初始模拟计算条件 Table 1 Initial conditions for simulation Volume fraction/ Sample CHa 02 C2H6:C2H4:CO:H2=1:1:5:1 C2H6 C2Ha CO H, 19.53 73.47 0 0 0 0 2 19.45 73.15 0.05 0.05 0.25 0.05 19.36 72.84 0.1 0.1 0.5 0.1 7 4 19.28 72.52 0.15 0.15 0.75 0.15 19.19 72.21 0.2 0.2 1 0.2 6 19.11 71.89 0.25 0.25 1.25 0.25 > 18.69 70.31 0 0 0 0 18.61 69.99 0.05 0.05 0.25 0.05 9 11 18.52 69.68 0.1 0.1 0.5 0.1 10 18.44 69.36 0.15 0.15 0.75 0.15 2 18.35 69.05 0.2 0.2 1 0.2 12 18.27 68.73 0.25 0.25 1.25 0.25
力可达 4 MPa，可在室温至 473 K、0.01～1 MPa（绝 压）条件下进行试验测试. 加热系统由循环泵、加 热器和水（油）箱等组成，并连接到 20 L 球形容器. 通过填充并循环加热硅油控制内部温度，温度误 差小于 2 K. 在加热到指定温度时系统自动将气体 充入球形爆炸罐内，循环搅拌 300 s 以保证气体 的均匀性. 试验装置在之前的工作[15] 中也有详细 描述. Pressure transducer D=110 mm Circulating oil Gas release valve Powder release valve Powder cylinder Vacuum meter View port Thermal insulating chamber Out wall Inner wall Explosion chamber Ignitor electrode Temperature transducer Computer Circulating pump 图 1 20 L 球形气体爆炸试验系统示意图 Fig.1 Schematic of the 20 L spherical gas explosion experimental setup 1.2 试验气体及工况 所有试验均在环境压力（0.1 MPa）下进行，湿 度为 52%～73% RH（相对湿度）. 该球形罐的初始 气体温度设置为 298、313、333、353 和 373 K. 点火 能量设定为 1 J，电极间距为 3 mm. 为了分析以 CO 为主要成分的混合物对甲烷在空气中的爆炸特性 的影响，限于试验系统的配气精度，恒力公司提供 了体积分数比为 1∶1∶5∶1 的 C2H6，C2H4，CO 和 H2 的预混气体. 结合矿井可燃气体实际情况，分别取 体积分数为 0.4%、0.8%、1.2%、1.6% 和 2.0% 的预混 气体进行试验. 试验中甲烷体积分数为 7% 与 11%. 1.3 模拟计算条件 化学动力学计算 CHEMKIN 软件为研究瓦斯 爆炸机理及其影响因素提供了一种有效的方法. 在研究 CH4、C2H6、H2 和 CO 等气体化学动力学 机制方面，GRI-Mech 3.0 的可靠性得到了一些学者 的证实[17, 20−25] ，其详细机理也得到了广泛的认可[26] . 所以模拟选用 CHENKIN 内置闭式均相反应器 （Closed homogeneous batch reactor）作为定容反应 器模型. 采用 GRI-Mech 3.0（53 种组分，325 个基 元反应）研究甲烷爆炸的化学动力学特性. 问题 类型为定容、绝热条件下求解能量方程，没有热 量 损 失 . 模 拟 所 需 气 体 为 CH4、 O2、 N2、 CO、 C2H6 、C2H4 和 H2，初始温度为 1300 K，初始压力 为 1 个标准大气压，反应时间为 0.02 s，具体工况 见表 1. 表 1 初始模拟计算条件 Table 1 Initial conditions for simulation Sample CH4 O2 N2 Volume fraction/% C2H6∶C2H4∶CO∶H2=1∶1∶5∶1 C2H6 C2H4 CO H2 1 7 19.53 73.47 0 0 0 0 2 19.45 73.15 0.05 0.05 0.25 0.05 3 19.36 72.84 0.1 0.1 0.5 0.1 4 19.28 72.52 0.15 0.15 0.75 0.15 5 19.19 72.21 0.2 0.2 1 0.2 6 19.11 71.89 0.25 0.25 1.25 0.25 7 11 18.69 70.31 0 0 0 0 8 18.61 69.99 0.05 0.05 0.25 0.05 9 18.52 69.68 0.1 0.1 0.5 0.1 10 18.44 69.36 0.15 0.15 0.75 0.15 11 18.35 69.05 0.2 0.2 1 0.2 12 18.27 68.73 0.25 0.25 1.25 0.25 罗振敏等： C2H6、C2H4、CO 与 H2 对甲烷爆炸压力及动力学特性影响 · 341 ·
342 工程科学学报，第44卷，第3期 2试验结果及分析方法 增大到373K,甲烷-空气混合物爆炸过程中压力 的峰值从0.673MPa下降到0.487MPa,下降了 2.1 温度对甲烷爆炸特性的影响 28.8%.加入预混气体后，甲烷的最大爆炸压力随 添加不同体积分数的预混气体后，对于甲烷 着初始温度的上升而显著下降.此外，在测量范 体积分数为7%的甲烷-空气混合物，随着初始温 围内，初始温度与加入预混气体的甲烷-空气混 度升高，最大爆炸压力均呈下降趋势，如图2所 合物的最大爆炸压力呈线性相关.这意味着在恒 示.当初始温度上升至373K时，未加预混气体 定初始压力下，初始温度升高，气体热导率增加以 时，最大爆炸压力降低了192%.加入体积分数为 及燃料的密度降低，释放出较低的热量，从而降 0.4%、0.8%、12%、1.6%和2.0%的预混气体后，最 低了最大爆炸压力. 值得注意的是，初始温度的升 大爆炸压力分别降低了17.8%，20.2%，19.1%， 高使预混气体的最大爆炸压力下降并不能作为判 17.5%和19.3%.对于甲烷体积分数为11%甲烷- 定爆炸危险性的依据，应综合考虑其他爆炸特性 空气混合物，未加预混气体时，初始温度由298K 参数 0.75 0.75 a Volume fractions of (b) Volume fractions of 0.70 premixed gases: 0.70 0.002x+1.494 premixed gases: =-0.0015x+1.089 -0% 0% 0.002+1.228 -0.0017x+1.163 ---0.4% --0.4% 0.65 …0.8% 0.65 …0.8% 1=0.0016r+1.146 -1.2% 0.002r+1.219 1.2% 0.60 1.6% 1.6% 20 ,207 0.55 0.55 0.50 0.002+1.191 0.50 =-0.0016r+1.007 1=-0002x+1.105 0.45 0.45 )=-0.002r+1.112 =-0.0017+1.127 0.40 0.490300310320330340350360370380390 290300310320330340350360370380390 Initial temperature/K Initial temperature/K 图2初始温度对预混气体最大爆炸压力的影响.()甲烷体积分数为7%：(b)甲烷体积分数为11% Fig.2 Maximum explosion pressure of premixed gases versus the initial temperature:(a)volume fraction of CH is 7%;(b)volume fraction of CHa is 11% 添加预混气体后，初始温度对甲烷最大爆炸 下降也会降低爆炸过程中的化学反应速率，从而 压力上升速率的影响如图3所示.对于贫燃料甲 使最大爆炸压力上升速率下降.对于富燃料甲烷- 烷一空气混合物，随着初始温度的变化，其最大爆 空气混合物，由于爆炸时燃料质量下降，引起化学 炸压力上升速率几乎恒定.可见初始温度对最大爆 反应速率下降.从而随温度升高最大爆炸压力上 炸压力上升速率影响不大，主要是反应容器内初 升速率略微降低.较低的压力上升速率是由于球 始温度上升，加快了化学反应速率，而燃料质量的 形壁处火焰前锋的热损失导致的， 20 18 (a) Volume fraction of premixed gases: (b) Volume fractions of premixed gases: ·0%-◆-0.4% 量一0% -年-0.4% 16 …▲0.8% 学1.2% …40.8% 一.1 ◆-1.6%一2.0% ,16 ◆-1.6% 4一2.0% 14 12 10 10 章。 6 6 300 320 340 360 380 300 320 340 360 380 Initial temperature/K Initial temperature/K 图3初始温度对预混气体最大爆炸压力上升速率的影响.()甲烷体积分数为7%：(b)甲烷体积分数为11% Fig.3 Maximum pressure rise rate of premixed gases versus the initial temperature:(a)volume fraction of CH is 7%;(b)volume fraction of CH is 11%
2 试验结果及分析方法 2.1 温度对甲烷爆炸特性的影响 添加不同体积分数的预混气体后，对于甲烷 体积分数为 7% 的甲烷−空气混合物，随着初始温 度升高，最大爆炸压力均呈下降趋势，如图 2 所 示. 当初始温度上升至 373 K 时，未加预混气体 时，最大爆炸压力降低了 19.2%. 加入体积分数为 0.4%、0.8%、1.2%、1.6% 和 2.0% 的预混气体后，最 大 爆 炸 压 力 分 别 降 低 了 17.8%， 20.2%， 19.1%， 17.5% 和 19.3%. 对于甲烷体积分数为 11% 甲烷− 空气混合物，未加预混气体时，初始温度由 298 K 增大到 373 K，甲烷−空气混合物爆炸过程中压力 的峰值 从 0.673 MPa 下 降 到 0.487 MPa，下降 了 28.8%. 加入预混气体后，甲烷的最大爆炸压力随 着初始温度的上升而显著下降. 此外，在测量范 围内，初始温度与加入预混气体的甲烷−空气混 合物的最大爆炸压力呈线性相关. 这意味着在恒 定初始压力下，初始温度升高，气体热导率增加以 及燃料的密度降低，释放出较低的热量，从而降 低了最大爆炸压力. 值得注意的是，初始温度的升 高使预混气体的最大爆炸压力下降并不能作为判 定爆炸危险性的依据，应综合考虑其他爆炸特性 参数. 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 (a) (b) y=−0.0015x+1.089 y=−0.0017x+1.163 y=−0.0017x+1.127 y=−0.0016x+1.146 y=−0.0016x+1.007 y=−0.0019x+1.16 Volume fractions of premixed gases: 0% 0.4% 0.8% 1.2% 1.6% 2.0% Maximum explosion pressure/MPa Initial temperature/K y=−0.002x+1.191 y=−0.002x+1.105 y=−0.002x+1.219 y=−0.002x+1.112 y=−0.002x+1.494 y=−0.002x+1.228 Volume fractions of premixed gases: 0% 0.4% 0.8% 1.2% 1.6% 2.0% 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 Maximum explosion pressure/MPa Initial temperature/K 图 2 初始温度对预混气体最大爆炸压力的影响. （a）甲烷体积分数为 7%；（b）甲烷体积分数为 11% Fig.2 Maximum explosion pressure of premixed gases versus the initial temperature: (a) volume fraction of CH4 is 7%; (b) volume fraction of CH4 is 11% 添加预混气体后，初始温度对甲烷最大爆炸 压力上升速率的影响如图 3 所示. 对于贫燃料甲 烷−空气混合物，随着初始温度的变化，其最大爆 炸压力上升速率几乎恒定. 可见初始温度对最大爆 炸压力上升速率影响不大. 主要是反应容器内初 始温度上升，加快了化学反应速率，而燃料质量的 下降也会降低爆炸过程中的化学反应速率，从而 使最大爆炸压力上升速率下降. 对于富燃料甲烷− 空气混合物，由于爆炸时燃料质量下降，引起化学 反应速率下降. 从而随温度升高最大爆炸压力上 升速率略微降低. 较低的压力上升速率是由于球 形壁处火焰前锋的热损失导致的. 300 320 340 360 380 4 6 8 10 12 14 16 18 Initial temperature/K Volume fraction of premixed gases: 0% 0.4% 0.8% 1.2% 1.6% 2.0% Maximum pressure rise rate/(MPa·s−1 ) (a) 300 320 340 360 380 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Initial temperature/K Volume fractions of premixed gases: 0% 0.4% 0.8% 1.2% 1.6% 2.0% Maximum pressure rise rate/(MPa·s−1 ) (b) 图 3 初始温度对预混气体最大爆炸压力上升速率的影响. （a）甲烷体积分数为 7%；（b）甲烷体积分数为 11% Fig.3 Maximum pressure rise rate of premixed gases versus the initial temperature: (a) volume fraction of CH4 is 7%; (b) volume fraction of CH4 is 11% · 342 · 工程科学学报，第 44 卷，第 3 期
罗振敏等：CH6、CH4、C0与H2对甲烷爆炸压力及动力学特性影响 ·343· 22预混气体体积分数对甲烷爆炸特性的影响 甲烷体积分数为11%的甲烷-空气混合物，其最大 在考察的初始温度范围内，不同体积分数的 爆炸压力上升速率不同程度地下降.由于燃料气 预混气体对甲烷最大爆炸压力的影响如图4所示 体的体积分数决定了爆炸反应中可能涉及多少反 添加预混气体后，对于甲烷体积分数为7%的甲烷- 应物和反应速率，因此预混气体的体积分数在爆 空气混合物，其最大爆炸压力与预混气体的体积 炸过程中起着相当重要的作用.对于甲烷体积分 分数呈非线性正相关，而甲烷体积分数为11%的 数为7%的甲烷-空气混合物，加人预混气体后，在 甲烷-空气混合物的最大爆炸压力与预混气体的 试验过程中与氧气能形成较完全反应，导致最大 体积分数呈非线性负相关.不同体积分数的预混 爆炸压力与最大爆炸压力上升速率增加.对于甲 气体对甲烷最大爆炸压力上升速率的影响如图5 烷体积分数为11%的甲烷-空气混合物，随着混合 所示.同一温度下，对于甲烷体积分数为7%的甲 气体浓度的进一步增加，提供了过量的燃料，加快 烷-空气混合物，当预混气体体积分数增大到2.0% 了氧气消耗，导致最大爆炸压力与最大爆炸压力 时，最大爆炸压力上升速率不同程度地增加.对于 上升速率降低. 0.70 (a) =-0.038r2+0.124x+0.549 (b) =0.013x20.09x+0.684 Temperature =0.021x2+0.102r+0 298K 0.65 3=-0.012r2-0.008x+0.616 313K 333 0.60 0.60 353K 73 =0.006r2-0.00 0.562 0.55 0.55 0.50 =-0.014r+0.083r+0.453 0.50 =0.0252+0.022+0.534 Temperature: 298K 313K 目0.45 0.45 333K -353K -00121-0011+0488 -373K 0072+0002x+026 0.40 0.40 0.5 1.0 1.5 2.0 0.5 1.01.5 2.0 Volume fraction of gas mixture/% Volume fraction of gas mixture/ 图4不同体积分数的预混气体对甲烷最大爆炸压力的影响.()甲烷体积分数为7%：(b)甲烷体积分数为11% Fig.4 Maximum explosion pressure of CH-air mixture versus the volume fraction of the mixed gas:(a)volume fraction of CHa is 7%;(b)volume fraction of CH,is 11% 16 (a) (b) 14 Temperature ■=298K -。-313K ▲333K -353K ◆373K 8二 10 10 Temperature: 298K 81 -●-313K …333K -353K 6 ◆-373K ◆ 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 04 0.8 1.2 1.6 2.0 Volume fraction of gas mixture/ Volume fraction of gas mixture/% 图5不同体积分数的预混气体对甲烷最大爆炸压力上升速率的影响.()甲烷体积分数为7%：(b)甲烷体积分数为11% Fig.5 Maximum pressure rise rate of CH-air mixture versus the volume fraction of the mixed gas:(a)volume fraction of CHa is 7%;(b)volume fraction of CHa is 11% 2.3最大爆炸压力的预测 Pmax/Pref=10.549-0.188Y+0.905YM-4.646To/Tef (1) 根据之前的讨论，假定甲烷-空气混合物的最 大爆炸压力与初始温度呈线性关系，和预混气体 Pmax/Pref=12.339-0.070Y+0.204YM-5.385To/Tef 的体积分数呈非线性关系.通过拟合经验公式，在 (2) 试验测量范围内，建立了如下多元非线性回归模型： 其中，Pmax为最大爆炸压力，MPa;To为初始温度
2.2 预混气体体积分数对甲烷爆炸特性的影响 在考察的初始温度范围内，不同体积分数的 预混气体对甲烷最大爆炸压力的影响如图 4 所示. 添加预混气体后，对于甲烷体积分数为 7% 的甲烷− 空气混合物，其最大爆炸压力与预混气体的体积 分数呈非线性正相关，而甲烷体积分数为 11% 的 甲烷−空气混合物的最大爆炸压力与预混气体的 体积分数呈非线性负相关. 不同体积分数的预混 气体对甲烷最大爆炸压力上升速率的影响如图 5 所示. 同一温度下，对于甲烷体积分数为 7% 的甲 烷−空气混合物，当预混气体体积分数增大到 2.0% 时，最大爆炸压力上升速率不同程度地增加. 对于 甲烷体积分数为 11% 的甲烷−空气混合物，其最大 爆炸压力上升速率不同程度地下降. 由于燃料气 体的体积分数决定了爆炸反应中可能涉及多少反 应物和反应速率，因此预混气体的体积分数在爆 炸过程中起着相当重要的作用. 对于甲烷体积分 数为 7% 的甲烷−空气混合物，加入预混气体后，在 试验过程中与氧气能形成较完全反应，导致最大 爆炸压力与最大爆炸压力上升速率增加. 对于甲 烷体积分数为 11% 的甲烷−空气混合物，随着混合 气体浓度的进一步增加，提供了过量的燃料，加快 了氧气消耗，导致最大爆炸压力与最大爆炸压力 上升速率降低. 0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 y=−0.038x 2+0.124x+0.549 y=−0.025x 2+0.111x+0.469 y=−0.014x 2+0.083x+0.453 y=−0.017x 2+0.092x+0.426 y=−0.021x 2+0.102x+0.520 Temperature: 298 K 313 K 333 K 353 K Maximum explosion pressure/MPa 373 K Volume fraction of gas mixture/% y=0.013x 2−0.09x+0.684 y=−0.006x 2−0.007x+0.562 y=−0.025x 2+0.022x+0.534 y=−0.012x 2−0.011x+0.488 y=−0.012x 2−0.008x+0.616 0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 Temperature: 298 K 313 K 333 K 353 K 373 K Maximum explosion pressure/MPa Volume fraction of gas mixture/% (a) (b) 图 4 不同体积分数的预混气体对甲烷最大爆炸压力的影响. （a）甲烷体积分数为 7%；（b）甲烷体积分数为 11% Fig.4 Maximum explosion pressure of CH4–air mixture versus the volume fraction of the mixed gas: (a) volume fraction of CH4 is 7%; (b) volume fraction of CH4 is 11% 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 6 8 10 12 14 (a) Volume fraction of gas mixture/% Temperature: 298 K 313 K 333 K 353 K 373 K Maximum pressure rise rate/(MPa·s−1 ) (b) 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 4 6 8 10 12 14 16 Maximum pressure rise rate/(MPa·s−1 ) Volume fraction of gas mixture/% Temperature: 298 K 313 K 333 K 353 K 373 K 图 5 不同体积分数的预混气体对甲烷最大爆炸压力上升速率的影响. （a）甲烷体积分数为 7%；（b）甲烷体积分数为 11% Fig.5 Maximum pressure rise rate of CH4–air mixture versus the volume fraction of the mixed gas: (a) volume fraction of CH4 is 7%; (b) volume fraction of CH4 is 11% 2.3 最大爆炸压力的预测 根据之前的讨论，假定甲烷−空气混合物的最 大爆炸压力与初始温度呈线性关系，和预混气体 的体积分数呈非线性关系. 通过拟合经验公式，在 试验测量范围内，建立了如下多元非线性回归模型： Pmax/ Pref = 10.549−0.188Y 2 M +0.905YM −4.646T0/Tref （1） Pmax/ Pref = 12.339−0.070Y 2 M +0.204YM −5.385T0/Tref （2） 其中，Pmax 为最大爆炸压力，MPa；T0 为初始温度， 罗振敏等： C2H6、C2H4、CO 与 H2 对甲烷爆炸压力及动力学特性影响 · 343 ·
344 工程科学学报，第44卷，第3期 K;YM为预混气体的体积分数，%；Per为参考压 大爆炸压力，相关系数为0.947，均方根误差0.147 力，MPa;Ter为参考温度，K;Per=0.lMPa,Ter= 图6对比了不同初始条件下甲烷体积分数为 273K.在初始温度以及预混气体体积分数不同的 7%与11%的甲烷-空气混合物的最大爆炸压力的 情况下，通过式(1)可以计算甲烷体积分数为 试验值和通过等式获得的计算值，具有良好的一 7%的甲烷-空气混合物的最大爆炸压力.相关系 致性.因此，由等式预测的最大爆炸压力是合理 数为0.945，均方根误差为0.152.通过式(2)可以计 的.但是，不在试验条件范围内，该公式所得结果 算甲烷体积分数为11%的甲烷-空气混合物的最 可能不准确或不理想 0 (a) 10 (b) 65 6.5 ■PPt ■PPret 当6.0 ◆ 5.0 ■ 4.5 4.5 4.0 4. .0 4.5 5.05.56.0 6.5 7.0 4.0 4.5 5.05.5.6.0 6.5 7.0 Experimental value Experimental value 图6甲烷最大爆炸压力试验值和计算值的比较.(a)甲烷体积分数为7%：(b)甲烷体积分数为11% Fig.6 Comparison between the predicted and experimental values:(a)volume fraction of CHa is 7%;(b)volume fraction of CH is 11% 3模拟结果分析 够提高活化中心浓度，从而促进甲烷爆炸.当甲烷 体积分数为7%时，自由基摩尔分数峰值随预混气 3.1混合气体组分对自由基摩尔分数的影响 体体积分数的变化如图7(a)所示.随着预混气体 根据甲烷爆炸链式反应机理，整个爆炸过程 体积分数的增加.H和OH自由基摩尔分数的峰 中生成大量的H、O和OH等活性自由基，在反 值有所上升.此外，对于贫燃富氧情况下，0自由 应链中形成活化中心，进而促进甲烷爆炸.气体爆 基在加入体积分数为1.6%的可燃气体时达到最 炸过程中，维持链式反应的自由基浓度低，存留时 大值，O自由基摩尔分数峰值多于H,而在加入体 间短.在爆炸瞬间，自由基由于能量积聚，浓度急 积分数为2.0%的可燃气体时H自由基摩尔分数 刷上升达到峰值，自由基发生碰撞后，其浓度迅速 峰值多于0.当甲烷体积分数为11%时，如图7(b) 降低，随后维持在稳定值.随着预混气体体积分数 所示，随着预混气体体积分数的增加，H自由基摩 的增加，生成H、O和O自由基的时间提前.加 尔分数峰值有所上升.值得注意的是，O和·OH自 入预混气体会使反应产生的高活性H自由基增 由基摩尔分数峰值有所下降.这也说明了富燃料 加，同时H自由基与O自由基能反应生成OH自 的甲烷-空气混合物提供了过多的燃料，耗氧量增 由基，从而加速氧化反应，所以H自由基的增加能 大，O和·OH自由基浓度峰值相应减少 1.7 1.8 (a) 724 HO 28 b 1.7 41.1 2.3 11 1.7 22 2.3 1.0 1.6 2.7 2.2 0.9 1.5 1.6 2.2 )6 09 21 1.4 -H- 。--0 1.6 一H 2.2 --0H 1.3 1.6 unun xe 2.6 0 0.8 -0H 2.0 2.1 25 04 0.8 1.2 1.6 2.0 04 0.8 1.2 1.6 2.0 Volume fraction of gas mixture/% Volume fraction of gas mixture/% 图7不同甲烷体积分数下各自由基最大摩尔分数随预混气体体积分数的变化曲线.()甲烷体积分数为7%：(b)甲烷体积分数为11% Fig.7 Variation in the maximum molar fractions of free radicals with other combustible gas volume fractions under different volume fractions of CHa: (a)volume fraction of CHa is 7%;(b)volume fraction of CHa is 11%
K；YM 为预混气体的体积分数，%；Pref 为参考压 力 ，MPa；Tref 为参考温度，K；Pref = 0.1 MPa，Tref = 273 K. 在初始温度以及预混气体体积分数不同的 情况下 ，通过式 （ 1）可以计算甲烷体积分数 为 7% 的甲烷−空气混合物的最大爆炸压力. 相关系 数为 0.945，均方根误差为 0.152. 通过式（2）可以计 算甲烷体积分数为 11% 的甲烷−空气混合物的最 大爆炸压力，相关系数为 0.947，均方根误差 0.147. 图 6 对比了不同初始条件下甲烷体积分数 为 7% 与 11% 的甲烷−空气混合物的最大爆炸压力的 试验值和通过等式获得的计算值，具有良好的一 致性. 因此，由等式预测的最大爆炸压力是合理 的. 但是，不在试验条件范围内，该公式所得结果 可能不准确或不理想. 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 (a) Predicted value Experimental value Pmax/Pref (b) Pmax/Pref 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 Predicted value Experimental value 图 6 甲烷最大爆炸压力试验值和计算值的比较. （a）甲烷体积分数为 7%；（b）甲烷体积分数为 11% Fig.6 Comparison between the predicted and experimental values：(a) volume fraction of CH4 is 7%; (b) volume fraction of CH4 is 11% 3 模拟结果分析 3.1 混合气体组分对自由基摩尔分数的影响 根据甲烷爆炸链式反应机理，整个爆炸过程 中生成大量的 H·、O·和·OH 等活性自由基，在反 应链中形成活化中心, 进而促进甲烷爆炸. 气体爆 炸过程中，维持链式反应的自由基浓度低，存留时 间短. 在爆炸瞬间，自由基由于能量积聚，浓度急 剧上升达到峰值，自由基发生碰撞后，其浓度迅速 降低，随后维持在稳定值. 随着预混气体体积分数 的增加，生成 H·、O·和·OH 自由基的时间提前. 加 入预混气体会使反应产生的高活性 H·自由基增 加，同时 H·自由基与 O·自由基能反应生成·OH 自 由基，从而加速氧化反应，所以 H·自由基的增加能 够提高活化中心浓度，从而促进甲烷爆炸. 当甲烷 体积分数为 7% 时，自由基摩尔分数峰值随预混气 体体积分数的变化如图 7（a）所示. 随着预混气体 体积分数的增加，H·和·OH 自由基摩尔分数的峰 值有所上升. 此外，对于贫燃富氧情况下，O·自由 基在加入体积分数为 1.6% 的可燃气体时达到最 大值，O·自由基摩尔分数峰值多于 H·，而在加入体 积分数为 2.0% 的可燃气体时 H·自由基摩尔分数 峰值多于 O·. 当甲烷体积分数为 11% 时，如图 7（b） 所示，随着预混气体体积分数的增加，H·自由基摩 尔分数峰值有所上升. 值得注意的是，O·和·OH 自 由基摩尔分数峰值有所下降. 这也说明了富燃料 的甲烷−空气混合物提供了过多的燃料，耗氧量增 大，O·和·OH 自由基浓度峰值相应减少. 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 (a) (b) Volume fraction of gas mixture/% 1.6 1.6 1.6 1.6 1.7 1.7 1.7 2.1 2.2 2.2 2.3 2.3 2.4 H· ·O ·OH Maximun molar fraction of ·OH/10−2 Maximun molar fraction of ·O/10−2 Maximun molar fraction of H·/10−2 Maximun molar fraction of ·OH/10−2 Maximun molar fraction of ·O/10−2 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.5 2.6 2.6 2.7 2.7 2.8 Maximun molar fraction of H·/10−2 H· ·O ·OH Volume fraction of gas mixture/% 0.8 0.8 0.9 0.9 1.0 1.0 1.1 1.1 2.0 2.1 2.1 2.2 2.2 2.3 2.3 图 7 不同甲烷体积分数下各自由基最大摩尔分数随预混气体体积分数的变化曲线. （a）甲烷体积分数为 7%；（b）甲烷体积分数为 11% Fig.7 Variation in the maximum molar fractions of free radicals with other combustible gas volume fractions under different volume fractions of CH4： (a) volume fraction of CH4 is 7%; (b) volume fraction of CH4 is 11% · 344 · 工程科学学报，第 44 卷，第 3 期
罗振敏等：CH6、CH4、C0与H2对甲烷爆炸压力及动力学特性影响 ·345· 3.2敏感性分析 反应由RI58、R53和R98转变为R158、R53和 加入预混气体后，对爆炸过程中甲烷体积分 R38.加入体积分数为1.6%的预混气体后，R161、 数为7%与11%的甲烷-空气混合物的敏感性进 R98、R53和R11的敏感性系数为正，抑制甲烷的 行分析，如图8和图9所示.基元反应的敏感性系 消耗.加入体积分数为2.0%预混气体后，R98、 数为正时，说明该抑制甲烷的消耗；反之则促进甲 R158、R53和R11的敏感性系数为正，抑制甲烷的 烷的消耗.对甲烷爆炸起重要作用的一些基元反 消耗.如图9所示，当甲烷体积分数为11%时，对 应的变化如表2所示，基元反应R158、R53和R98 甲烷敏感性影响较大的基元反应是R158、R53和 抑制甲烷的消耗，其中R158是链断裂的重要基元 R98,在不同条件下，影响甲烷反应的关键基元反 反应，导致链载体销毁，对甲烷的敏感性系数影响 应保持不变，且其敏感性系数随混合气体体积分 最大，M指反应器壁或其他第三体分子，他只起传 数的增加而减弱.值得注意的是，当预混气体体积 递能量的作用.R158消耗CH3自由基生成乙烷， 分数添加至2.0%时，抑制甲烷消耗的部分基元反 R53消耗H自由基生成氢气，促使链载体销毁，从 应中，38对甲烷敏感性影响更大.通过基元反应 而抑制甲烷的消耗.随着预混气体的加入，各关键 R38的链分支反应，R38消耗一个H,产生了一倍 反应敏感性系数普遍减弱.可见，随着预混气体的 数量的O和OH,反应物氧气被消耗，产生了会提 加入，这些关键反应对甲烷的影响程度下降.在加 高活化中心浓度的0·和OH自由基，促进了整个 入体积分数为1.2%混合气体后，抑制甲烷消耗的 爆炸氧化反应的进行 2.0b) 1.5 1.5 1.0 1.0 0.5 0 0 0.5 0.5 -1.0 -1.0 -1.5 -1.5 9.3909.3959.4009.405 9.410 6.81 6.82 6.83 5.14 5.5 Time/(10-3s） Time/(10-3 s) Time/(103s) .5 1.0 (d) (e) (f) 1.0 R33 0.5 0.5 0 0.5 0.5 -1.0 1.0 -1.5 3.9503.9553.9603.9653.9703.975 子 3.105 3.110 3.115 2.4812.4842.4872.4902.493 Time/(10-s) Time/(10-3s) Time/(10-3 s) 图8加人不同体积分数的预混气体后，甲烷体积分数为7%的甲烷-空气混合物敏感性系数的变化趋势.()0%，(b)0.4%;(c)0.8%:(d)1.2%: (e)1.6%:(f)2.0% Fig.8 Variation in trend of the sensitivity coefficient of the key step response when adding premixedgases with different volume fractions to 7%volume fraction of CH:(a)0%;(b)0.4%:(c)0.8%:(d)1.2%:(e)1.6%:(f)2.0% 4结论 的甲烷-空气混合物，随着以CO为主要成分的预 (1)同一预混气体的体积分数下，对于甲烷体 混气体的体积分数增大到2%，其最大爆炸压力、 积分数为7%的甲烷-空气混合物，初始温度的升 最大压力上升速率均呈增大的趋势.当甲烷体积 高使其最大爆炸压力呈下降趋势，最大爆炸压力 分数为11%时，其最大爆炸压力与最大爆炸压力 上升速率几乎不受初始温度的影响；当甲烷体积 上升速率均呈减小趋势 分数为11%时，其最大爆炸压力与最大爆炸压力 (3)甲烷-空气混合物最大爆炸压力与初始温 上升速率均呈下降趋势 度升高呈线性相关，随着预混气体体积分数增大 (2)同一初始温度，对于甲烷体积分数为7% 呈非线性相关.根据试验数据，在一定误差范围
3.2 敏感性分析 加入预混气体后，对爆炸过程中甲烷体积分 数为 7% 与 11% 的甲烷−空气混合物的敏感性进 行分析，如图 8 和图 9 所示. 基元反应的敏感性系 数为正时，说明该抑制甲烷的消耗；反之则促进甲 烷的消耗. 对甲烷爆炸起重要作用的一些基元反 应的变化如表 2 所示，基元反应 R158、R53 和 R98 抑制甲烷的消耗，其中 R158 是链断裂的重要基元 反应，导致链载体销毁，对甲烷的敏感性系数影响 最大，Ｍ指反应器壁或其他第三体分子，他只起传 递能量的作用. R158 消耗 CH3 ·自由基生成乙烷， R53 消耗 H·自由基生成氢气，促使链载体销毁，从 而抑制甲烷的消耗. 随着预混气体的加入，各关键 反应敏感性系数普遍减弱. 可见，随着预混气体的 加入，这些关键反应对甲烷的影响程度下降. 在加 入体积分数为 1.2% 混合气体后，抑制甲烷消耗的 反 应 由 R158、 R53 和 R98 转 变 为 R158、 R53 和 R38 . 加入体积分数为 1.6% 的预混气体后，R161、 R98、R53 和 R11 的敏感性系数为正，抑制甲烷的 消耗. 加入体积分数为 2.0% 预混气体后 ，R98、 R158、R53 和 R11 的敏感性系数为正，抑制甲烷的 消耗. 如图 9 所示，当甲烷体积分数为 11% 时，对 甲烷敏感性影响较大的基元反应是 R158、R53 和 R98，在不同条件下，影响甲烷反应的关键基元反 应保持不变，且其敏感性系数随混合气体体积分 数的增加而减弱. 值得注意的是，当预混气体体积 分数添加至 2.0% 时，抑制甲烷消耗的部分基元反 应中，R38 对甲烷敏感性影响更大. 通过基元反应 R38 的链分支反应，R38 消耗一个 H·，产生了一倍 数量的 O·和·OH，反应物氧气被消耗，产生了会提 高活化中心浓度的Ｏ·和·OH 自由基，促进了整个 爆炸氧化反应的进行. 2.481 2.484 2.487 2.490 2.493 R11 R38 R53 R98 R112 R113 R119 R155 R156 R158 Time/(10−3 s) Sensitivity coefficient of CH4/10 4 0 −1.5 −1.0 −0.5 0.5 1.0 5.14 5.15 R32 R38 R53 R98 R119 R155 R156 R158 R161 R170 Time/(10−3 s) Sensitivity coefficient of CH4/10 4 0 −1.5 −1.0 −0.5 0.5 1.0 1.5 3.105 3.110 3.115 −1 0 1 R11 R38 R53 R98 R113 R155 R156 R158 R161 R170 Sensitivity coefficient of CH4/10 4 Time/(10−3 s) 6.81 6.82 6.83 R32 R38 R53 R98 R119 R155 R156 R158 R161 R170 Sensitivity coefficient of CH4/10 4 Time/(10−3 s) 0 −1.5 −1.0 −0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 3.950 3.955 3.960 3.965 3.970 3.975 R32 R38 R53 R98 R119 R155 R156 R158 R161 R170 Sensitivity coefficient of CH4/10 4 Time/(10−3 s) 0 −1.5 −1.0 −0.5 0.5 1.0 1.5 9.390 9.395 9.400 9.405 9.410 −2 0 2 R155 R156 R158 R161 R170 R32 R38 R53 R98 R119 Sensitivity coefficient of CH4/10 4 Time/(10−3 s) (a) (d) (b) (e) (c) (f) 图 8 加入不同体积分数的预混气体后，甲烷体积分数为 7% 的甲烷−空气混合物敏感性系数的变化趋势. （a）0%; （b）0.4%； （c）0.8%； （d）1.2%； （e）1.6%； （f）2.0% Fig.8 Variation in trend of the sensitivity coefficient of the key step response when adding premixedgases with different volume fractions to 7% volume fraction of CH4 : （a）0%; （b）0.4%； （c）0.8%； （d）1.2%； （e）1.6%； （f）2.0% 4 结论 （1）同一预混气体的体积分数下，对于甲烷体 积分数为 7% 的甲烷−空气混合物，初始温度的升 高使其最大爆炸压力呈下降趋势，最大爆炸压力 上升速率几乎不受初始温度的影响；当甲烷体积 分数为 11% 时，其最大爆炸压力与最大爆炸压力 上升速率均呈下降趋势. （2）同一初始温度，对于甲烷体积分数为 7% 的甲烷−空气混合物，随着以 CO 为主要成分的预 混气体的体积分数增大到 2%，其最大爆炸压力、 最大压力上升速率均呈增大的趋势. 当甲烷体积 分数为 11% 时，其最大爆炸压力与最大爆炸压力 上升速率均呈减小趋势. （3）甲烷−空气混合物最大爆炸压力与初始温 度升高呈线性相关，随着预混气体体积分数增大 呈非线性相关. 根据试验数据，在一定误差范围 罗振敏等： C2H6、C2H4、CO 与 H2 对甲烷爆炸压力及动力学特性影响 · 345 ·
346 工程科学学报，第44卷，第3期 (a) 4 (b) (c) 3 2 -R1i9 0 -1 -2 求70 3 12.01412.01612.01812.02012.022 9.724 9.7269.7289.730 9.732 8.030 8.035 Time/(10-3s) Time/(10s) Time/(10s) (d) (e) 2.0F (0 R32 2 1.0 0 -0.5 8 155 -1.0 -1.5 -2.0 6.744 6.7466.7486.750 6.752 5.7085.7105.7125.714 5.716 4.8744.8764.8784.8804.882 Time/10-3s） Time/(10-3 s) Time/(10-3s) 图9加入不同体积分数的预混气体后，甲烷体积分数为7%的甲烷-空气混合物敏感性系数的变化趋势.(a)0%;(b)0.4%:(c)0.8%:(d)1.2%: (e)1.6%:(f02.0% Fig.9 Variation in trend of the sensitivity coefficient of the key step response when adding premixedgases with different volume fractions to 11% volume fraction of CH4:(a)0%;(b)0.4%:(c)0.89%:(d)1.2%:(e)1.6%;(f)2.0% 表2甲烷爆炸链式反应中部分关键基元反应 为1.6%的其他四种预混气体后，0自由基摩尔分 Table 2 Some key elementary reactions in the methane explosion chain 数的峰值达到最大值.当甲烷体积分数为11% reaction 时，随着预混气体体积分数的增加，H·自由基摩尔 Number Key elementary reactions 分数峰值有所上升，O和·OH自由基摩尔分数峰 R11 O+CH台-OH+CH3 值有所下降.就敏感性而言，当甲烷体积分数为7% R32 O2+CHO+HO,+HCO 与1%时，影响甲烷的关键基元反应保持不变，促 R38 H+O20+-0H 进甲烷消耗的主要基本反应是R158、R53和R98. R53 H.+CH+CH:+H2 值得注意的是，在不同条件下，甲烷敏感性系数随 R98 OH+CH+CH:+H2O 预混气体体积分数的增加而减弱 R119 HO,+CHOH+CHO- 参考文献 R155 CH3020+CH0 R156 CH3+O2÷-OH+CH2O [1]Li Z J.Research status of low concentration coal mine methane utilization technology and application prospect.China Energy R158 CH:+CH:(+M)C,H (+M) Environ Prot,.2018,40(6):152 R161 CH:+CH2O+HCO+CH (李中军.低浓度煤层气利用技术研究现状及应用展望.能源与 R170 CHO+02÷HO2+CH20 环保，2018,40(6)：152) [2] Zhao J Y,Zhang YL.Deng J,et al.Key functional groups 内，得到了多元非线性回归公式.在特定温度下 affecting the release of gaseous products during spontaneous 加入特定体积分数的预混气体后，难以直接测量 combustion of coal.Chin J Eng,2020,42(9):1139 压力参数时，该公式可定量预测甲烷-空气混合物 (赵婧显，张永利，邓军，等.影响煤自燃气体产物释放的主要活 的最大爆炸压力 性官能团.工程科学学报，2020,42(9)：1139) (4)通过模拟分析不同体积分数的预混气体 [3] Liu Y,Zhang Y G,Zhao D F,et al.Experimental study on H·、O和OH自由基摩尔分数的变化趋势以及对 explosion characteristics of hydrogen-propane mixtures.Int/ Hydrogen Energy,2019,44(40):22712 甲烷进行敏感性分析可知，当甲烷体积分数为7% [4] Wang T,Luo Z M,Wen H,et al.The explosion enhancement of 时，随着预混气体体积分数的增加，H和OH自由 methane-air mixtures by ethylene in a confined chamber.Energy. 基摩尔分数峰值有所上升.此外，在加入体积分数 2021,214:119042
内，得到了多元非线性回归公式. 在特定温度下， 加入特定体积分数的预混气体后，难以直接测量 压力参数时，该公式可定量预测甲烷−空气混合物 的最大爆炸压力. （4）通过模拟分析不同体积分数的预混气体 H·、O·和·OH 自由基摩尔分数的变化趋势以及对 甲烷进行敏感性分析可知，当甲烷体积分数为 7% 时，随着预混气体体积分数的增加，H·和·OH 自由 基摩尔分数峰值有所上升. 此外，在加入体积分数 为 1.6% 的其他四种预混气体后，O·自由基摩尔分 数的峰值达到最大值. 当甲烷体积分数为 11% 时，随着预混气体体积分数的增加，H·自由基摩尔 分数峰值有所上升，O·和·OH 自由基摩尔分数峰 值有所下降. 就敏感性而言，当甲烷体积分数为 7% 与 11% 时，影响甲烷的关键基元反应保持不变，促 进甲烷消耗的主要基本反应是 R158、R53 和 R98. 值得注意的是，在不同条件下，甲烷敏感性系数随 预混气体体积分数的增加而减弱. 参 考 文 献 Li Z J. Research status of low concentration coal mine methane utilization technology and application prospect. China Energy Environ Prot, 2018, 40（6）: 152 （李中军. 低浓度煤层气利用技术研究现状及应用展望. 能源与 环保, 2018, 40（6）：152） [1] Zhao J Y, Zhang Y L, Deng J, et al. Key functional groups affecting the release of gaseous products during spontaneous combustion of coal. Chin J Eng, 2020, 42（9）: 1139 （赵婧昱, 张永利, 邓军, 等. 影响煤自燃气体产物释放的主要活 性官能团. 工程科学学报, 2020, 42（9）：1139） [2] Liu Y, Zhang Y G, Zhao D F, et al. Experimental study on explosion characteristics of hydrogen–propane mixtures. Int J Hydrogen Energy, 2019, 44（40）: 22712 [3] Wang T, Luo Z M, Wen H, et al. The explosion enhancement of methane-air mixtures by ethylene in a confined chamber. Energy, 2021, 214: 119042 [4] 5.708 5.710 5.712 5.714 5.716 −2 0 2 R32 R38 R53 R98 R119 R155 R156 R158 R161 R170 Sensitivity coefficient of CH4/10 4 Time/(10−3 s) 9.724 9.726 9.728 9.730 9.732 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 Sensitivity coefficient of CH4/10 4 Time/(10−3 s) R32 R38 R53 R98 R119 R155 R156 R158 R161 R170 2.0 R32 0 4.874 4.876 4.878 4.880 4.882 −2.0 −1.5 −1.0 −0.5 0.5 1.0 1.5 R38 R53 R98 R119 R155 R156 R158 R161 R170 Sensitivity coefficient of CH4/10 4 Time/(10−3 s) 8.030 8.035 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 Sensitivity coefficient of CH4/10 4 Time/(10−3 s) R32 R38 R53 R98 R119 R155 R156 R158 R161 R170 6.744 6.746 6.748 6.750 6.752 −3 −2 −1 1 2 3 0 R32 R38 R53 R98 R119 R155 R156 R158 R161 R170 Sensitivity coefficient of CH4/10 4 Time/(10−3 s) 12.014 12.016 12.018 12.020 12.022 −5 0 5 (a) (d) (b) (e) (c) (f) Sensitivity coefficient of CH4/10 4 Time/(10−3 s) R32 R38 R53 R98 R119 R155 R156 R158 R161 R170 图 9 加入不同体积分数的预混气体后，甲烷体积分数为 7% 的甲烷−空气混合物敏感性系数的变化趋势. （a）0%; （b）0.4%； （c）0.8%； （d）1.2%； （e）1.6%； （f）2.0% Fig.9 Variation in trend of the sensitivity coefficient of the key step response when adding premixedgases with different volume fractions to 11% volume fraction of CH4 : （a）0%; （b）0.4%； （c）0.8%； （d）1.2%； （e）1.6%； （f）2.0% 表 2 甲烷爆炸链式反应中部分关键基元反应 Table 2 Some key elementary reactions in the methane explosion chain reaction Number Key elementary reactions R11 O·+CH4⇔·OH + CH3 · R32 O2+CH2O⇔HO2+HCO R38 H·+ O2⇔O·+·OH R53 H·+CH4⇔CH3 ·+H2 R98 ·OH+CH4⇔CH3 ·+H2O R119 ·HO2+CH3 ·⇔·OH+CH3O· R155 CH3 ·+O2⇔O·+CH3O· R156 CH3 ·+O2⇔·OH+CH2O· R158 CH3 ·+CH3 ·(+M)⇔C2H6 (+M) R161 CH3+CH2O⇔HCO+CH4 R170 CH3O+O2⇔HO2+CH2O · 346 · 工程科学学报，第 44 卷，第 3 期
罗振敏等：CH6、CH4、C0与H2对甲烷爆炸压力及动力学特性影响 ·347· [5]Razus D,Brinzea V,Mitu M,et al.Temperature and pressure humidities.Process Saf Environ Prot,2020,140:178 influence on explosion pressures of closed vessel propane -air [17]Su B,Luo Z M,Wang T,et al.Chemical kinetic behaviors at the deflagrations.J Hazard Mater,2010,174(1-3):548 chain initiation stage of CHa/Hz/air mixture.J Hazard Mater. [6]Li D.Zhang Q,Ma Q J,et al.Comparison of explosion 2021,403:123680 characteristics between hydrogen/air and methane /air at the [18]Luo Z M,Liu L T.Impact of the various other inflammable gases stoichiometric concentrations.IntJHydrogen Energy,2015, on the explosion features of low concentration methane.J Saf 40(28):8761 Environ,2019,19(1y167 [7]Zhang L,Wei X L,Yu L X,et al.Deflagration characteristics of a (罗振敏，刘利涛.以氢气为主要成分的其他可燃气体对低浓度 preheated CO-air mixture in a duct.Explos Shock Waves,2010. 甲烷爆炸特性的影响.安全与环境学报，2019,19(1)：167) 30(2):191 [19]Luo Z M,Deng J,Guo X B.Microcosmic mechanism of gas (张良，魏小林，余立新，等.管道内一氧化碳和空气预热混合物 explosion based on Gaussian.J Ligoning Tech Univ Nat Sci,2008, 的爆燃特性.爆炸与冲击，2010,30(2)：191) 27(3:325 [8J Gao N,Zhang Y S,Hu Y T,et al.Experimental study on methane- (罗振敏，邓军，郭晓波.基于Gaussian的瓦斯爆炸微观反应机 air mixtures explosion limits at normal and elevated initial 理.辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2008,27(3)：325) temperatures and pressures.Explos Shock Waves,2017,37(3): [20]Liang Y T,Wang L C,Luo H Z,et al.Computational model of 4538 reaction kinetic for gas explosion induced by shock wave.China (高娜，张延松，胡毅亭，等.温度、压力对甲烷空气混合物爆炸 Coal Soc,2017,42(6):1475 极限耦合影响的实验研究.爆炸与冲击，2017,37(3)：4538) (梁运涛，王连聪，罗海珠，等.激波诱导瓦斯爆炸反应动力学计 [9]LiRZ,HuangZC,SiR J.Influence of environmental temperature 算模型.煤炭学报，2017,42(6)：1475) on gas explosion pressure and its rise rate.Explos Shock Waves, [21]Liang Y T.Wang L C.Luo H Z,et al.Computational model of 2013.33(4):415 reaction kinetic for gas explosion in constant volume combustion (李润之，黄子超，司荣军环境温度对瓦斯爆炸压力及压力上 reactor.J China Coal Soc,2015,40(8):1853 升速率的影响.爆炸与冲击，2013,33(4)：415) (梁运涛，王连聪，罗海珠，等.定容燃烧反应器中瓦斯爆炸反应 [10]Yu M G,Wan S J,Xu Y L,et al.Suppressing methane explosion 动力学计算模型.煤炭学报，2015,40(8)：1853) overpressure using a charged water mist containing a NaCl [22]Wang L C,Luo H Z,Liang Y T.Effects of water on reaction additive.JNat Gas Sci Eng,2016,29:21 kinetic for gas explosion in shock tube.J China Coal Soc,2014, [11]Luo Z M,Su Y,Chen X K,et al.Effect of BC powder on 39(10):2037 hydrogen/methane/air premixed gas deflagration.Fuel,2019,257: (王连聪，罗海珠，梁运涛.激波管中水对瓦斯爆炸反应动力学 116095 特性的形响.煤炭学报，2014,39(10)：2037) [12]Yu M G,Wang X Y,Zheng K,et al.Investigation of methane/air [23]Li X C,Nie B S,Yang C L,et al.Effect of gas concentration on explosion suppression by modified montmorillonite inhibitor. kinetic characteristics of gas explosion in confined space.ChinJ Process Saf Environ Prot,2020,144:337 High Pressure Phys,2017,31(2):135 [13]Mitu M,Brandes E.Influence of pressure,temperature and vessel (李祥春，聂百胜，杨春丽，等.封闭空间内瓦斯浓度对瓦斯爆炸 volume on explosion characteristics of ethanol air mixtures in 反应动力学特性的影响.高压物理学报，2017,31(2)：135) closed spherical vessels.Fuel,2017,203:460 [24]Luo Z M,Hao QQ,Wang T,et al.Experimental study on the [14]Qi S,Du Y,Zhang P L,et al.Effects of concentration, deflagration characteristics of methane-ethane mixtures in a closed temperature,humidity,and nitrogen inert dilution on the gasoline duct.Fel,2020,259:116295 vapor explosion.J Hazard Mater,2017,323:593 [25]Varghese R J,Kolekar H,Kishore V R,et al.Measurement of [15]Luo Z M,Liu L T,Cheng F M,et al.Effects of a carbon laminar bumning velocities of methane-air mixtures simultaneously monoxide-dominant gas mixture on the explosion and flame at elevated pressures and elevated temperatures.Fuel,2019,257: propagation behaviors of methane in air.Loss Prev Process Ind, 116120 2019,58:8 [26]Rozenchan G,Zhu D L,Law C K,et al.Outward propagation, [16]Wang T.Zhou Y,Luo ZM,et al.Flammability limits behavior of burning velocities,and chemical effects of methane flames up to methane with the addition of gaseous fuel at various relative 60 atm.Proc Combust Inst,2002.29(2):1461
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