Page 66 - 《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

不稳定性影响更大，使得第 3 个峰值在上升的过
40 φ=55% p 3
程中与高 φ 相比表现出许多震荡峰 [43] 。 φ=60%
φ=65%
如图 9 所示，随着掺氨量的增加，管内混合 20 98.5 ms
76.7 ms
气燃烧产生能量一部分作用于难燃氨，燃烧混合 p 1 45.4 ms
物的生成率降低，相应的流出率就相对增加，因 Overpressure/kPa 0
此 p 的升压速率逐渐减缓 p 也逐渐趋于平缓，
2
2
峰值压力也逐渐减小。当 φ=45% 时，点火后经 −20
历 84 ms 压力曲线达到峰值 p 为 2 8.8 kPa，当 φ=
−40
50% 时，由于掺氨量的增加，使得燃烧混合物的 0 50 100 150 200 250 300
Time/ms
生成率和流出率达到动态平衡，形成一段类稳定
平台，压力曲线经历 32.89 ms 的平台以后达到峰 图 10 φ=55%, 60%, 65% 条件下管内压力的对比
Fig. 10 Comparison of the pressures in the duct
值 p 为 2 4.5 kPa，同时峰值与 φ=45% 时相比降低
under the conditions of φ=55%, 60%, 65%
了 48.8%。与典型掺氨量（φ=50%）超压变化特性
相似，随着 φ 的上升，p 峰值随之降低。
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如图 10 所示，此时 φ＞50%，为 55%、60% 和 65%，选取 φ=60% 的线条进行讨论。管内混合气向管
外逸出，管内混合气体与管外环境空气发生额外的混合，使得管口湍流增强，同时火焰波阵面抵达管外
点燃逸出混合气，由于此时 φ 较大，管外爆炸受难燃氨影响，爆炸威力与 φ=45% 时相比较小，爆炸产生的
压力波向管内传播，管内燃烧产生的压力向管外传播，管道内外压力相互作用，压力曲线进入到未燃混
合气 p 所处的一个波动向前区间，区间内无明显突出峰值，延续时间随着 φ 的升高而增加，波动区间时
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长由 45.4 ms 增至 98.5 ms。p 期间，t=96.33 ms 时，p 6 处的压力峰值为 2.34 kPa，随着管道内剩余气体的
2
t-9
减少，燃烧产物的生成率降低，而燃烧混合物的体积流出率增加，两者在管口达到动态平衡，这导致
p 以 2 2.34 kPa 的低振幅振荡，在持续 t=44.24 ms 的时间-压力区间内形成一个类稳定的平台，由于管外反
应消耗了可燃混合物，可燃混合物在管外的含量降低，导致流出率超过生成率，溶解了类稳定平台，管道
内出现负压 [44] ，并且由于稀薄波效应降低了 p 2 [32] 。
将不同 φ 下 p 、p 和 2 p 峰值总结归纳到图 11 中，从图 11 可以看出，随着 φ 的增大，3 种压力峰值均
3
1
表现为不同程度的下降，其中 p 受到的影响最显著。在氢氨混合气体管道内的反应过程中，φ 较小时，
3
管内氢气含量相对较高，点火后氢气先一步与氧气反应产生大量能量，快速生成燃烧混合物，同时，部分
难燃的氨气会吸收氢气燃爆释放的能量，参与到爆燃反应中生成燃烧混合物，这时燃烧混合物的生成率
远大于泄放率，p 峰值相对较高，当 φ 增大时，难燃氨含量升高，相对而言氢含量变少，大量难燃氨的存
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在使得可燃气所需的能量增多，在相同点火能条件下，管内参与反应的可燃气量减少，管内燃爆反应速

60 p 1
p 1
p 2
50 p 3 10 p 2
Overpressure/kPa 30 Overpressure/kPa 5
p 3
40

20

10 0
0 70 75 φ/% 80 85
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
φ/%

图 11 管内不同 φ 条件下 p 1 、p 2 、p 3 的比较
Fig. 11 Comparison of p 1 , p 2 , p 3 in the duct at different φ values

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