Page 68 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

−100
−200
−300
−20
−400
−30
−100
−200 φ −10
−10
−300
−20
−400 −30
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
φ

100 30
60%
50 65%
20
70%
0 10
Overpressure/kPa −100 Magnification Overpressure/kPa −10 0
−50
−150
−200
65%
70%
−250 60% −20
−300 −30
0 100 200 300 400 500 600 0 25 50 75 100 125
Time/ms Time/ms
(c) φ=60%, 65%, 70%
图 13 不同 φ 条件下管外 p ou 随时间的变化趋势
t
Fig. 13 Trend of p out outside the duct with time under different φ values
火焰外部压力的形成与泄放至管外可燃气云的活化程度密切相关。管内氨气-氢气-空气可燃混气
被电火花点燃后，前驱压力波快速到达泄爆口处，快速的压力脉冲使覆盖在泄爆口处的 PE 薄膜破裂，处
于弱封闭状态的泄爆口打开，此时火焰锋面距离泄爆口较远，部分未燃烧的预混气体首先被排出管道，
并在管外形成可燃气云团 [46] 。随着管道内火焰的继续传播，燃烧混合物大量生成，在管道壁面效应的约
束下火焰加速向泄爆口传播，在抵达泄爆口时快速泄放至管外，点燃积聚在泄爆口处的可燃气云，从而
在管外形成爆炸，即管外二次爆炸 [47] 。二次爆炸的巨大能量释放在测点 PS2 处产生了一个压力脉冲，压
力传感器记录到管外二次爆炸压力峰值 p ，记点火瞬间为 t=0 ms 时刻，从点火到 p ou t 形成的时间长度
out
为 Δt。
图 14 展示了管外二次爆炸压力峰值 p t 和到达时间 Δt 随氨含量的变化趋势。管内爆燃火焰泄放
ou
至管外后，点燃破膜后在管外积聚的可燃气云，引起外部爆炸现象，进而在测点 PS2 处形成压力峰值。
自掺氨量从 30% 增加至 70% 时，p ou t 从 14.85 kPa
降至 2.35 kPa，降幅达到 84.18%；Δt 从 87 ms 增 Δt 16
180
加到 179 ms，对于点火后到达峰值的时间长度， p out 14
160 12
最大掺氨量所用时间是最小掺氨量所用时间的
2.06 倍。氨气含量的增加使管外二次爆炸的压 140 10
力持续降低，也延长了自点火后到达外部爆炸压 Δt/ms 120 8 p out /kPa
力峰值的时间，分析可得，由于氨的难燃特性，氨 6
100
气的增加一方面增高了破膜后泄放至管外的可 4
燃气云所需的活化能量，另一方面降低了管内可 80 2
燃气体的反应速率，使得泄放火焰的能量降低， 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
φ/%
二者共同作用使管外二次爆炸的剧烈程度降低，
t
同时减缓了反应进程，因此二次爆炸压力峰值 图 14 不同 φ 条件下 Δt 和 p ou 的变化趋势
p 降低，点火后到达压力峰值所需时间 Δt 增加。 Fig. 14 Trend of Δt and p out under different φ values
t
ou
3 结 论

通过自主搭建的 2 m 长不锈钢实验管道平台，在化学计量比 (Ф=1) 的条件下，探究了不同掺氨量（φ=
30%～85%）对氨气-氢气-空气预混气体管道泄爆火焰行为和压力演化特性的影响，所得主要结论如下。
(1) 掺氨量的变化会影响火焰传播的行为，表现在管内火焰逆流时间随着掺氨量的增加而增加，而
随着掺氨量的降低，火焰受到泰勒-瑞利不稳定性的影响更大，压力曲线出现较多震荡峰，此时爆炸危险
性更高。

022104-10