Page 61 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 葛 雨，等： 掺氨量对管道氨气-氢气-空气预混气体爆燃特性的影响 第 2 期

得不稳定。Cao 等 [30] 发现当氢气体积浓度为 30% 时，泄爆管道中的压力在管道传播中表现为先升高后
降低，均低于容器内部压力。综上所述，众多学者的研究主要关注燃烧速度、氢气比例、初始压力等因
素对预混气体混合物燃烧性质的影响。
尽管对预混气体火焰的传播行为已经开展了较多研究工作，但目前对化学计量比条件下不同氨气
含量对氨气-氢气-空气预混气体燃烧特性的影响进行的实验研究较少。氨气-氢气-空气预混火焰的传播
行为是揭示燃料爆炸危险性的基本特性。Wang 等 [31] 和 Zhu 等 [32] 前期对管道内掺氨预混气体的火焰行
为以及压力演化进行了相关研究，探究了不同当量比对预混气体的影响，但未涉及掺氨量变化对预混气
体影响的研究。本文通过研究半封闭管道内外火焰的传播行为和管内火焰的爆燃压力，探讨氨气含量
对氨气-氢气-空气混合气火焰传播行为的影响，以期为广泛的掺氨量范围内提高化学计量比条件下氨气/
氢气/空气混合燃料的安全利用提供理论依据。

1 实 验

1.1 实验系统
实验系统组成如图 1 所示。不锈钢加速火焰管道总长 2 000 mm，左侧为长 1 000 mm 的不锈钢方管，
方孔内边长为 120 mm，在方管侧面距点火端 1 300 mm 处设有长 400 mm、宽 70 mm 的观察窗；右侧为长
1 000 mm 的不锈钢圆管，内径为 120 mm，最右端为点火端，由不锈钢法兰封闭，最左边设为泄爆口，用
PE 薄膜对其进行弱封闭，PE 薄膜厚度为 0.02 mm，抗拉强度为 20 MPa，静态动作压力为 3.25 kPa [33] 。在
距离点火端 1 650 mm 处布有置 PCB 113B24 压电式压力传感器，参数如表 1 所示，距离泄爆口 500 mm
水平中轴线处布置有 CY-YD-202 压电式压力传感器，参数如表 2 所示，利用独立支架固定，用于采集管
内外的压力，通过示波器将管内外混合气体爆燃过程的压力可视化，所有数据均通过 HIOKI 8841 存储记
录仪进行存储。在观察窗和通风口外架设 NAC Memrecam HX-3 高速摄影相机，采集泄爆火焰图像，采
集速率为 5 000 s 。
−1

Data record storage system
Charge Storage
amlplifier recorder Vacuum Ignition system
PS1 gauge Ignition
PE film position 400 mm electrode
500 mm
PS2 400 mm 1 300 mm
Vent port
Observation
window
Adjustable
igniter
High speed Computer
camera
High speed camera system Vacuum Distributing Air NH 3 H 2 Valve system
pumb chamber
图 1 预混火焰传播实验装置示意图
Fig. 1 Sketch of premixed flame propagation experimental setup

本实验使用的点火系统由点火电极和点火器组成，输出电压可调，其名义点火能根据下式计算:
1
E = CU 2 (1)
2
式中：E 为名义点火能，C 为点火电容，U 为电容放电电压。实验所用点火电压为 90 V，该点火电压对应
的点火能为 3 J。

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