Page 192 - 《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

相体系的最大爆炸压力总体呈现先降低后升高 表 1 不同氢气体积分数氛围下钛粉的最大爆炸压力
再降低的变化趋势，当氢气体积分数为 4%、钛 与最大爆炸压力上升速率
粉粉尘浓度为 600 g/m 时，两相体系的最大爆炸 Table 1 Maximum explosion pressure and maximum
3
explosion pressure rise rate of Ti dust
压力取得最小值（0.54 MPa）；当氢气体积分数为
at different H 2 volume fractions
3
29%、钛粉粉尘浓度为 400 g/m 时，两相体系的
氢气体积 最大爆炸 最大爆炸压力上升
最大爆炸压力取得最大值（0.80 MPa），该值既高
–1
分数/% 压力/MPa 速率/(MPa·s )
于纯钛粉，又高于纯氢气。
0 0.56 24.76
由图 7(b) 可知，随着氢气体积分数的增大，
4 0.54 21.37
氢气/钛粉两相体系的最大爆炸压力上升速率呈
5 0.56 36.46
现先降低后升高的趋势，当氢气体积分数为 4%、
10 0.60 71.54
3
钛粉粉尘浓度为 600 g/m 时，两相体系的最大爆
15 0.65 170.04
炸压力上升速率取得最小值（21.37 MPa/s）；当氢 20 0.67 231.21
气体积分数为 30%、钛粉粉尘浓度为 400 g/m 3 25 0.73 272.26
时，两相体系的最大爆炸压力上升速率取得最大 29 0.80 299.33
值（315.25 MPa/s），该值同样既高于纯钛粉，又高 30 0.78 315.25
于纯氢气。

0.9 H 2 /Ti 0.80 MPa Ti: 400 g/m 3 350 H 2 /Ti 315.25 MPa/s Ti: 400 g/m 3 3
Maximum explosion pressure/MPa 0.7 Ti: 500 g/m 3 0.54 MPa Ti: 600 g/m 3 3 H 2 : 0.69 MPa 3 Maximum rate of pressure rise/(MPa·s −1 ) 250 21.37 MPa/s Ti: 600 g/m 3 3 3
300
Ti: 400 g/m
H 2
0.8
H 2
Ti: 500 g/m
Ti: 400 g/m
Ti: 500 g/m
Ti: 600 g/m
200
150
Ti: 600 g/m
3
H 2 : 299.97 MPa/s
0.6
Ti: 600 g/m
3
100
3
Ti: 600 g/m
Ti: 600 g/m
0.5
Ti: 600 g/m
3
0.4 Ti: 600 g/m 3 50 0 Ti: 600 g/m Ti: 600 g/m 3 3 3
0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
Hydrogen volume fraction/% Hydrogen volume fraction/%
(a) Maximum explosion pressure (b) Maximum explosion pressure rise rate
图 7 氢气/钛粉两相体系的最大爆炸压力与最大爆炸压力上升速率变化规律
Fig. 7 Variation patterns of the maximum explosion pressure and the maximum explosion pressure
rise rate in H 2 /Ti powder two-phase systems
2.3 氢气/钛粉两相体系爆炸产物分析
2.3.1 爆炸产物 X 射线衍射分析
为进一步研究氢气/钛粉两相体系爆炸强度参数变化规律形成机理，对爆炸产物进行 X 射线衍射
（X-ray diffraction, XRD）测试，结果如图 8 所示。
由图 8(a) 可知，粉尘浓度为 600 g/m 的纯钛粉爆炸产物仅包含 TiO 和 2 TiN，表明 600 g/m 的纯钛粉
3
3
在爆炸过程中主要与氧气发生氧化反应，同时伴随有高温下与氮气的氧化反应。由图 8(b)、(c)、(d) 可
知：当粉尘浓度为 600 g/m 的钛粉混入体积分数为 10% 的氢气后，爆炸产物中产生了低价态钛氧化合物
3
Ti O （Ti /Ti 混合价态）；当氢气体积分数提升至 20% 时，形成了更低价态的钛氧化合物 Ti O ；当氢气
4+
3+
3
2
3
5
体积分数提升至 25% 时，形成了更低价态的钛氧化合物 TiO。这表明，氢气在与钛粉混合爆炸过程中，
将优先与氧气发生反应，消耗体系中的氧气，进而导致钛粉与氧气之间发生不完全反应，逐步将钛的氧
化产物从高价态（TiO ）经中间态（Ti O ）转向低价态（Ti O 、TiO）。
2 3 5 2 3
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