Page 65 - 《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

140
0.4 110 50% 45% 40% 35% 30%
Flame location 100 120
Flame speed
Location of flame front/m 0.2 80 Flame speed/(m·s −1 ) Flame speed/(m·s −1 ) 100
0.3
90
80
70
60
0.1
60
0 50 40
40
0 10 20 30 40 50 60 0 40 80 0 40 80 0 40 80 0 40 800 40 80
Time/ms Time/ms

图 6 φ=45% 时管内火焰锋面位置变化及火焰传播速度 图 7 不同 φ 对管内火焰传播速度的影响
Fig. 6 Location of flame front and flame speed Fig. 7 Flame propagation speed in the duct
in the duct at φ=45% for different φ

2.2 不同 φ 对预混气体管内爆燃压力的影响
管内的爆炸压力能够反映气体爆燃过程的爆炸危险性，爆炸压力是衡量爆炸事故后果的关键指
标。管道内不同 φ 的爆燃压力时程曲线走势相似，几乎所有工况压力时程曲线均表现为三峰结构，如
图 8～10 所示，由左向右分别命名为 p 、p 和 2 p 。点火后，管内预混气体被点燃，管内燃烧混合物从右向
1
3
左对未燃预混气进行挤压和点燃行为，使得管内压力逐渐升高，直到一部分未燃混合气体冲破通风口薄
膜，形成破膜压 p ，由于 p 的大小取决于泄爆膜的耐拉特性，其幅值几乎与掺氨量无关 [42] ；破膜促使在管
1
1
内传播的火焰湍流程度增加，管内爆燃反应加剧，管内爆燃产生的大量燃烧混合物在向泄爆口传递的过
程中随爆燃火焰经过管内压力测点 PS1 处，使 PS1 处压力升高，同时，由于大量燃烧混合物泄放出管道，
致使管道内部出现负压，测点 PS1 处压力降低，这一过程形成了测点 PS1 处的第 2 个压力峰，即泄放压
力 p ，p 是由燃烧混合物的泄放引起的；当火焰波阵面到达泄爆口时，将破膜后冲出管道的未燃混合气
2
2
点燃，在管道外部发生二次爆炸。二次爆炸降低了管内外压力梯度，使部分燃烧混合物逆向进入管道，
提升管内测点处的压力峰值，形成二次爆炸超压 p 。
3
60
φ=30% p 3 φ=45% p 3
40 φ=35% p 2 40 φ=50%
Overpressure/kPa 0 22.57 ms Overpressure/kPa 20 0 p 1 32.89 ms
p 1
p 2

−40
−20
−40
−80
0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 250
Time/ms Time/ms

图 8 φ=30%, 35% 条件下管内压力的对比 图 9 φ=45%, 50% 条件下管内压力的对比
Fig. 8 Comparison of the pressures in the duct Fig. 9 Comparison of the pressures in the duct
under the conditions of φ=30%, 35% under the conditions of φ=45%, 50%

φ=30% 时，由于难燃氨 φ 远小于氢气，管内混合气体行为受氢气的影响更大，压力波动幅度更明显，
同时，由图 8 可知，此时管道内火焰速度较快，反应时程较短，此时 p 和 1 p 的间隔时间 t=22.57 ms，与
2
φ=45% 时的 t=33.86 ms 相比缩短了 33.2%。前驱混合气冲出管道，泄出气体在管道外部爆炸反应剧烈，
未泄出气体暂时滞留在管道内部，因为难燃氨 φ 较小，气体密度较小，破膜后管内气体湍流和泰勒-瑞利

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