Page 62 - 《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

表 1 PCB 113B24 压电式压力传感器参数 表 2 联能 CY-YD-202 压电式压力传感器参数
Table 1 Parameters of PCB 113B24 piezoelectric Table 2 Parameters of CY-YD-202 piezoelectric
pressure sensor pressure sensor
技术指标 参数范围 技术指标 参数范围
量程 0～13.79 kPa 量程 0～10 MPa
最大压力 68.95 MPa 过载能力 120%
分辨率 0.035 pPa 参考压力灵敏度 32.3 pC/10 Pa
5
谐振频率 ≥500 kHz 自振频率 ＞100 kHz
上升时间 ≤1 μs 电容 43.3 pF
非线性度 ≤1% 工作温度 10～80 ℃
放电时间常数 ≤1.4 Pa/(m·s ) 非线性 ＜1.5%
−2
加速度灵敏度 ＞100 s 绝缘电阻 ＞10 Ω
12
1.2 实验方法

探究掺氨量对氨气-氢气-空气可燃混合气
表 3 配制气体方案
管道泄爆影响，首先制备合理的实验方案，根据
Table 3 Schemes of gas distribution
下式可计算气体燃料的当量比 Φ：
No. Φ φ/% V(NH 3 )/% V(H 2 )/% V(air)/%
n carb /n air
Φ = (2) 1 85 19.61 3.46 78.25
(n carb /n air ) st
2 80 18.71 4.68 77.94
式中：n car b 和 n 分别为燃料和空气的物质的量。
r
ai
3 75 17.79 5.93 77.61
掺氨量 φ 可用下式计算：
4 70 16.84 7.22 77.27
V NH 3
φ = (3) 5 65 15.86 8.54 76.93
V NH 3 +V H 2
6 60 14.85 9.90 76.58
分别为可燃预混气中氨气和氢 1
式中： V NH 3 和 V H 2
7 55 13.81 11.30 76.21
气的体积分数。
8 50 12.75 12.75 75.83
实 验 均 在 环 境 压 力 （ 101.325 kPa） 和 常 温
9 45 11.65 14.23 75.45
（298 K）下进行，名义点火能量为 3 J。实际应用 10 40 10.51 15.77 75.05
中典型氨气-氢气-空气混合气的代表为 φ=25% 11 35 9.34 17.35 74.64
和 φ=50% [23] ，此前的相关研究掺氨量选取多以 12 30 8.13 18.98 74.21
0%～100% 范围内大跨度百分比，为探究更广泛

掺氨量条件下管道的燃爆特性，本研究在当量比
Ф=1 条件下，对不同掺氨量 φ 的氨气-氢气-空气 40 Experiment 1
Experiment 2
可燃混合气进行管道燃爆实验，氨气/氢气掺混 20 Experiment 3
比见表 3。在混气罐中根据道尔顿分压定律分别
对 12 种不同配比可燃混气进行混合，每组实验 Overpressure/kPa 0
混合气静置 2 h，以确保各种气体充分混合。实验 −20
前使用真空泵将不锈钢管道抽真空，充入可燃混
合气直至环境压力，静置 1 min 后进行点火，同步 −40
控制压力数据采集系统和高速摄像机记录实验 0 5 10 15 20 25 30
数据。每组实验进行 3～5 次，重复性良好。选取 Time/ms
其中一组作为实验数据，从图 2 可以看出，波动 图 2 典型实验数据
范围很小，重复实验压力峰值误差不超过±3%。 Fig. 2 Typical experimental data

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