Page 201 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 王振刚，等： 初始温度、压力对丙烯-空气混合物爆炸极限的耦合影响 第 9 期

表 2 丙烯 180 °C、不同初始压力下燃烧产物的摩尔分数
Table 2 Mole fraction of propylene combustion products at 180 °C under various pressures

Mole fraction/%
产物
0.1 MPa 0.3 MPa 0.5 MPa 0.7 MPa 0.9 MPa
Ar 0.579 0.497 0.451 0.415 0.377
0.542 1.818 3.096 4.348 5.734
CH 4
CO 19.500 12.289 9.139 7.264 5.848
2.273 3.018 2.960 2.740 2.387
CO 2
23.148 23.190 22.724 22.248 22.035
H 2
H 2 O 1.882 3.972 5.133 5.852 6.273
0.005 0.015 0.024 0.033 0.042
NH 3
48.248 41.489 37.566 34.590 31.421
N 2
C 3.824 13.711 18.906 22.509 25.882

3.2 丙烯爆炸下限
图 5 展示了丙烯爆炸下限（lower explosion limit, LEL）随初始压力和温度的变化规律。在压力影响
方面：常压不同温度条件下（0.1 MPa）爆炸下限变化幅度较小（2.05～2.00%），受测试精度限制趋势不明
显；随着压力升高，下限呈现明显的线性下降趋势，且降幅随压力增大而增强，该线性规律与文献 [26-
30] 结果一致。在温度影响方面，低温区（T≤60 ℃）下限变化受测试精度限制不明显，中温区（60 ℃＜T≤
140℃）呈现线性下降，而高温区（T＞140 ℃）则转变为非线性“滑梯状”下降曲线，这种非线性特征与高
温或高压条件下的测试结果相符 [31-32] 。从机理上看，线性段符合经典的链式反应理论，而非线性转变可
能与高温/高压耦合下分子碰撞频率的指数增长有关。
2.10 2.10

2.05 2.05
Lower explosion limit/% 1.95 0.9 MPa Lower explosion limit/% 1.95 180 ℃
2.00
2.00
1.90
1.90
1.85
1.85
1.80
1.80
0.7 MPa
140 ℃
1.75
0.3 MPa
60 ℃
1.70 0.5 MPa 1.75 100 ℃
1.70
0.1 MPa
20 ℃
1.65 1.65
20 60 100 140 180 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9
Initial temperature/℃ Initial pressure/MPa
(a) Influence of initial temperature (b) Influence of initial pressure
图 5 温度、压力对丙烯爆炸下限的影响
Fig. 5 Propylene LEL varied with initial temperature or pressure
实验数据表明，温度和压力对丙烯爆炸下限的耦合效应显著。常压常温（20 ℃、0.1 MPa）下，丙烯
的 LEL 为 2.05%。当温度与压力协同升至 180 ℃、0.9 MPa 时，LEL 大幅下降至 1.68%，降幅达 18.05%。
单因素实验表明，温度升至 180 ℃ 仅使 LEL 降至 1.98%（降幅 3.41%），而压力升至 0.9 MPa 后 LEL 降至
2.00%（降幅 2.44%）。温度压力耦合作用下的降幅（18.05%）远高于两因素单独作用效应的线性叠加值
（5.85%）。为直观表征这一协同效应，建立了三维响应曲面模型，如图 6 所示，拟合函数为：
2
2
φ l = φ l0 +a l p+b l T +c l p +d l T + f l pT (3)
φ l 为爆炸下限；p 为压力（p∈[0.1,0.9] MPa）；T φ l0 = (2.072 91 ±
式中： 为温度（T∈[20,180] ℃）；系数

095402-6