Page 50 - 《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

i 45
∑ ( )
3
3
d +d +···+d 3 i 40
2
1
D 32 = 1 (2) 35
i
∑ ( )
2
2
d +d +···+d 2 30
1 2 i
1 Differential distribution/% 25
式中：d 为第 i 个细水雾颗粒的直径。D 更能 20
2
i
3
反映细水雾的比表面积情况，因此，本文中采用 15
10
D 表征细水雾的平均直径。欧美克 DP-02 喷雾 5
2
3
粒度分析仪用于测量细水雾的平均直径，环境温
0 5 10 15 20 25 30 35
度为 25 ℃，测量结果为 D =8 μm，相同条件下测 Water mist diameter/μm
32
量 3 次以确保测量结果的可靠性。此外，图 2 为
图 2 细水雾直径的微分分布
细水雾尺寸的微分分布情况。根据 NFPA 750 [25] Fig. 2 Differential distribution of fine water mist diameter
标准细水雾按照粒径分布分为 3 个等级，其中
第Ⅰ级为满足 D ≤200 μm （D 为累计粒度分布百分数达到 90% 时所对应的粒径）条件的细水雾被称为
0
9
90
“超细水雾”，本文中所使用的细水雾的 D ≤30 μm，且 D =8 μm，为与“超细水雾”区分，本文中称其
32
90
为“微米级细水雾”。
2 化学动力学模型
Chemkin-Pro 软件中的层流燃烧速度求解器用于计算活性自由基的分布和分析反应路径。网格自
适应细化的梯度和曲率参数均设置为 0.01。计算域起始位置与结束位置之间的距离为 2 cm。初始温度
为 298 K，初始压力为 101 325 Pa。本文中使用的详细动力学机理包含 3 个部分。第 1 部分是 Conaire 等 [26]
提出的氢机制，包含 10 个组分 21 步反应。第 2 部分是 Jayaweera 等 [27] 提出的 O=P(CH )(OCH ) 机制。
2
3
3
由于燃烧反应在空气中进行，这项工作还纳入了 Otomo 等 [28] 开发的氮氧化合物机制作为第 3 部分。除
此之外，Jing 等 [29] 认为 O=P(CH )(OCH ) 的热解反应应当包括：
2
3 3
O = P(CH 3 )(OCH 3 ) 2 → PO(CH 2 )(CH 3 O), O = P(CH 3 )(OCH 3 ) 2 → PO(OH)CH 3 (OCH 3 )

O = P(CH 3 )(OCH 3 ) 2 → POCH 3 (CH)(OCH 3 ),
400
O = P(CH 3 )(OCH 3 ) 2 → POCH 3 (OCH 2 )
等 反 应 在 内 的 14 步 反 应 ， 因 此 以 上 反 应 也 被 350
纳入本文所使用的耦合机理中。为了验证上述 300
耦合化学动力学模型的可靠性，基于 Sikes 等 [30] Laminar burning velocity/(m·s −1 ) 250
的 球 形 膨 胀 火 焰 实 验 数 据 对 耦 合 化 学 动 力 学 200 Coupled mechanism
Sikes, et al
[30]
模型进行了验证，验证结果如图 3 所示。从图 3 150
可以看出，耦合模型在 1.0～2.6 的当量比范围内 100
能够准确再现层流燃烧速度的实验值，最大误 50
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
差小于 4%。由于当前公开文献中仅有初始压力 Φ
101 325 Pa、初始温度 393 K 条件下的实验数据， 图 3 耦合机制的层流燃烧速度有效性验证
耦合模型在更高温度和压力条件的适用性，仍需 Fig. 3 Validation of coupling mechanism
要进一步验证。 for laminar burning velocity

3 结果分析与讨论

3.1 火焰形态演化特性
为了探究含 O=P(CH )(OCH ) 的细水雾对预混氢-空气火焰形态及演化过程的影响，分别开展了
2
3
3
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