Page 48 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 夏远辰，等： 含甲基膦酸二甲酯的细水雾对氢-空气爆炸的影响机制 第 2 期

pressure rise rate by reducing the laminar flame speed, but simultaneously enhances flame instability, which tends to increase
the pressure rise rate. The overall suppression performance (with pressure reduction ranging from 41.0% to 65.8%) results
from the coupling of these two opposing effects. Additionally, the O=P(CH )(OCH ) -laden mist achieves effective explosion
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suppression by reducing the concentrations of H∙, O∙, and OH∙ radicals, with reductions exceeding 80%. The physical
suppression arises from pre-flame cooling and dilution effects of the water mist, while the chemical suppression is attributed to
the decomposition of O=P(CH )(OCH ) into phosphorus-containing radicals such as HOPO∙, HOPO ∙, HPO ∙, PO(OH) ∙, and
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PO(H)(OH)∙. These species scavenge reactive H∙ and OH∙ radicals, promoting the formation of stable products like H and
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H O, thereby interrupting the chain reactions in hydrogen-air explosions.
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Keywords: dimethyl methylphosphonate; micron-level water mist; hydrogen-air explosion; gas-liquid two-phase coupling
suppression; explosion suppression mechanism
[1]
氢作为一种无碳清洁燃料和工业原材料，被视为能源转型的关键燃料之一，尤其是在交通运输领域 。
然而，氢-空气混合物具有可燃极限大、点火能量低以及爆炸能量高等特点，使得氢燃料比传统碳氢燃料
更具危险性 。Xia 等 [3] 研究发现，常温常压下，密闭空间氢-空气爆炸产生的峰值压力可达初始压力的
[2]
7～8 倍，而常见碳氢化合物只有 3～4 倍。因此，开发高效且环境友好的爆炸抑制剂、探索抑制剂对氢爆
炸特性的影响并揭示抑制剂缓解氢爆炸的机制，对于氢燃料的安全应用和风险控制具有重要意义。
目前，在工业上常用的气体爆炸控制方法有释放惰性气体或哈龙替代品、喷洒细水雾、爆炸泄放
等 [4-6] 。细水雾具有环境友好、成本低廉以及爆炸衰减能力强等优点，已经被成功应用于舰船、工业厂房、
[7]
公共场所、煤矿以及动力电池等场景的火灾和爆炸控制 。Cao 等 [8] 研究发现，细水雾通过蒸发潜热降
低火焰温度，汽化的水蒸气稀释氧气浓度并阻隔热辐射，进而实现爆炸的有效抑制。细水雾虽然具有优
秀的阻燃性能，但其抑爆机理主要体现在较高的潜热和稀释效应即物理效应上，且喷雾导致的湍流会削
弱其抑爆效果 。尽管通过调整喷雾位置可以在一定程度上提高细水雾的阻燃性能，但增强细水雾的化
[9]
学抑制特性，对于提高细水雾的爆炸抑制性能以及有效缓解氢爆炸强度仍十分必要 [10] 。为此，不少学者
探究了在细水雾中添加碱金属盐等化学物质对氢爆炸的影响机制 [11-12] 。例如：在细水雾中加入 NaCl 后，
细水雾的冷却能力增强，对火焰热辐射的阻挡性显著提高 [13-14] 。在化学抑制方面，钠和氯离子参与燃烧
过程可以降低活性物质（H∙、OH∙、O∙）的浓度，减弱爆炸强度 [15] 。此后，Wang 等 [16] 研究发现，KCl 同样可
以增强细水雾对爆炸压力和火焰速度的衰减效果。此外，Joseph 等 [17] 研究发现，含 10%（摩尔分数）的
KHCO 的细水雾与纯水雾相比，平均火焰熄灭时间最多可减少 96%。后来，Zhang 等 [18] 和 Pei 等 [19] 对不
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同种类的钾盐，如 K CO 、K C O 、CH COOK、KNO 和 3 KCl 开展了进一步的研究，发现 K CO 对细水雾
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抑制效应增强最显著，其原因是在热解的活性物质中，KOH 的浓度是影响钾盐抑爆效果的主要因素。除
此之外，NaOH 在氢-空气爆炸过程中与 KOH 具有类似的作用，Shi 等 [20] 和 Ingram 等 [21] 的研究结果表明，
NaOH 消耗火焰前部的 H 和 OH 自由基，中断氢气爆炸的连锁反应，延缓整个反应过程，导致火焰温度降
低，促使火焰提前熄灭。截至目前，针对细水雾结合化学添加剂的研究主要集中在碱金属化合物。然
而，上述碱金属化合物通常对金属机械设备具有腐蚀性，对于工业厂房和船舶舱室等场景的应用具有一
定的局限性。甲基膦酸二甲酯（dimethyl methylphosphonate, O=P(CH )(OCH ) ）作为一种环保的固体火阻
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燃剂，已被成功应用于日常使用的聚氨酯泡沫和热塑性聚丙烯材料中，具有较好的安全性，并展示出优
异的固体火阻燃性能 [22] 。最近，Wang 等 [23] 和 Jiang 等 [24] 分别将 O=P(CH )(OCH ) 运用在喷射火和煤尘
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爆燃的燃烧抑制上并尝试揭示其抑制机理。然而，O=P(CH )(OCH ) 对于氢-空气预混火焰的影响特性和
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化学动力学机制尚不清楚。
基于上述考虑，提出一种 O=P(CH )(OCH ) 耦合微米级细水雾抑制氢-空气爆炸的方法。该耦合抑制剂
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具有物理和化学双重抑制能力以及良好的环境友好性和经济性。开展含磷化合物的细水雾抑制氢爆炸的
试验和化学动力学研究，分析在含磷化合物的细水雾作用下氢爆炸的特性，揭示耦合抑制剂的爆炸抑制
机理，以期为氢爆炸灾害控制提供新的思路，保障氢能的安全应用，降低氢能系统的爆炸风险和爆炸强度。
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