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 ·