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