Page 13 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 楚紫涵，等： 燃料浓度对受限空间内氢气/空气预混气体爆炸特性的影响 第 9 期

v/(m·s −1 )
19
15% 18
17
1.00 ms 3.00 ms 5.00 ms 7.00 ms 9.00 ms 11.00 ms 13.00 ms 15.00 ms 16
15
14
13
30%
12
11
1.00 ms 3.00 ms 5.00 ms 7.00 ms 9.00 ms 11.00 ms 13.00 ms 15.00 ms
10
9
8
45%
7
6
1.00 ms 3.00 ms 5.00 ms 7.00 ms 9.00 ms 11.00 ms 13.00 ms 15.00 ms
5
4
3
60% 2
1
1.00 ms 3.00 ms 5.00 ms 7.00 ms 9.00 ms 11.00 ms 13.00 ms 15.00 ms 0
图 13 不同氢气体积分数下气流速度云图
Fig. 13 Velocity clouds of airflow at different volume fractions of hydrogen
3 结 论

本文采用试验与数值模拟相结合的方法，在圆柱形爆炸测试容器中研究了受限空间内燃料浓度对
氢气爆炸过程中爆炸压力、火焰传播及气流速度的影响，主要发现如下。
(1) 最大爆炸压力随氢气体积分数的增加先增加后降低，在氢气体积分数为 30% 时取得最大值
0.623 94 MPa，验证了化学计量比附近的高效释能特性。
(2) 火焰面积峰值在氢气体积分数为 30% 和 45% 时最大，在 15% 和 60% 时分别降低了 14.6% 和
6.3%，且在 30% 时最快到达面积峰值，证实了其燃烧速率最优。
(3) 压力梯度在接近圆柱前、后壁面与侧壁面相接位置时较大，导致 9.0 ms 时在 x=0 mm 平面中心线
处的速度幅值曲线对称分布，单侧出现双速度峰值。
(4) 氢气体积分数为 45% 时，初期气流速度因富燃料局部的热释放呈现短期速度优势，但后期因氧
气不足迅速衰减；氢气体积分数为 30% 时，因燃烧反应充分且持续，后期气流速度反超，体现了近化学计
量比的高效稳定性。

参考文献：
[1] ZHANG C B, JIN P G, CHEN C F, et al. Flame propagation characteristics and surface functional groups changes of corn
starch dust during the combustion process [J]. Powder Technology, 2023, 430: 118995. DOI: 10.1016/j.powtec.2023.118995.
[2] ZHAO Y, XIAO X, ZHANG X, et al. Experiment study on the explosion suppressing characteristics and mechanism of
melamine cyanurate and ammonium dihydrogen phosphate for lignite dust [J]. Powder Technology, 2024, 448: 120246. DOI:
10.1016/j.powtec.2024.120246.
[3] WANG B, ZHANG C B, ZHANG X, et al. Exploration of corn starch dust combustion and explosion mechanisms via thermal
decomposition and functional group changes [J]. Powder Technology, 2025, 456: 120816. DOI: 10.1016/j.powtec.2025.
120816.

091001-10