Page 190 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 纪文涛，等： 氢气/钛粉两相体系爆炸强度参数的变化规律 第 8 期

揭示气固两相相互作用的普适规律。同时，该粒径与钛合金机械加工、钛基储氢材料制备产生粉尘的主
要分布区间（10～50 μm）较吻合。

12 Volume fraction 100
Cumulative fraction
D 50 =27.70 μm
10 80
Volume fraction/% 8 6 60 Cumulative fraction/%

40
4
2 μm * 20
2
0
0
0.1 1 10 100
Particle diameter/μm
图 2 钛粉粒径分布
Fig. 2 Particle size distributions of Ti dust
2 实验结果与分析

2.1 单相氢气与钛粉爆炸超压变化规律
开展氢气/钛粉两相体系爆炸超压测试实验前，先对单相钛粉及氢气的爆炸超压进行测试，结果如
图 3～4 所示。由图 3 可知，单相钛粉的爆炸压力 p 和爆炸压力上升速率 (dp/dt) 均随钛粉粉尘浓度的
x
x
e
e
增 加 先 升 高 后 降 低 ， 分 别 在 钛 粉 粉 尘 浓 度 （ 质 量 浓 度 ） 为 5 0 0 和 6 0 0 g / m 3 时 达 到 最 大 值 ， 分 别 为
0.53 MPa 与 24.76 MPa/s。由图 4 可知，氢气爆炸压力 p 随氢气体积分数（ φ H 2 ）的增加而先升高后降低，
x
e
并在氢气体积分数为 29% 时达到最大值（0.69 MPa）；爆炸压力上升速率 (dp/dt) 随氢气体积分数的增加
x
e
而升高，在氢气体积分数为 30% 时达到最大值（229.97 MPa/s）。相比之下，氢气的最大爆炸压力 p ma x 显
著高于钛粉的，最大爆炸压力上升速率 (dp/dt) x 远大于钛粉的。
ma
0.7 40 0.9 250
Explosion pressure Explosion pressure
0.6 Rate of explosion pressure rise 35 0.8 Rate of explosion pressure rise 200
Explosion pressure/MPa 0.4 p max =0.53 MPa 3 25 Rate of explosion pressure rise/(MPa·s −1 ) Explosion pressure/MPa 0.6 (dp/dt) max =229.97 MPa/s ϕ H 2 =29% 150 Rate of explosion pressure rise/(MPa·s −1 )
0.7
=30%
0.5
30
ϕ H 2
Ti: 500 g/m
3
0.5
100
0.3
20
0.4
Ti: 600 g/m
p max =0.69 MPa
(dp/dt) max =24.76 MPa/s
0.2
0.2
0.1 15 0.3 50
10
0 5 0.1 0
100 200 300 400 500 600 700 5 10 15 20 25 30
Ti dust concentration/(g·m ) Hydrogen volume fraction/%
−3
图 3 单相钛粉爆炸超压变化规律 图 4 单相氢气爆炸超压变化规律
Fig. 3 Patterns of overpressure changes in Ti dust explosions Fig. 4 Patterns of overpressure changes in H 2 explosions
2.2 氢气/钛粉两相体系爆炸超压变化规律
为全面反映氢气/钛粉两相体系的爆炸超压变化规律，选取 5% 作为氢气体积分数变化梯度，100 g/m 3
为钛粉粉尘质量浓度变化梯度，在 0%～30% 氢气体积分数和 0～700 g/m 钛粉粉尘质量浓度范围内，对
3
不同气/粉配比下氢气/钛粉两相体系的爆炸压力和爆炸压力上升速率进行测试，结果如图 5～6 所示。
3
由图 5 可知，在 0%～4% 氢气体积分数范围内，当钛粉粉尘浓度为 100 g/m 时，其爆炸压力随氢气体积分
3
数的增大而升高；当钛粉粉尘浓度为 200～700 g/m 时，其爆炸压力随氢气体积分数的增大而降低。这是
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