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