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 ·