Page 202 - 《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

0.028 62)%，a = (−0.069 86 ± 0.086 73)%/MPa，
l
2.05
b = (−1.964 29 ± 4.336 53)%/℃，c = (0.067 86 ±
l l 2.00
0.078 17)%/MPa ，d = (−1.517 86 ± 1.954 26)%/℃ ， 1.95
2
2
l
f = (2.150 00 ± 0.327 01)%/(MPa·℃)。该拟合函数 1.90
l
的 R =0.961 32。 1.85 Lower explosion limit/%
2
准确测定不同温度压力下可燃气体的爆炸 1.80
下限对工业燃爆防控至关重要，本文采用基于绝 1.75
1.70
热火焰温度法的成熟计算方法，利用 CHEMKIN 20 1.65
软件的相平衡模块，结合 AramcoMech3.0 燃烧反 60 100 0.3 0.1
0.5
140 Initial pressure/MPa
0.7
应动力学机理，系统模拟了丙烯在不同温度、压 180 0.9
Temperature/℃
力和浓度条件下的计算绝热火焰温度（calculated
图 6 初始温度、压力对丙烯爆炸下限的耦合影响
adiabatic flame temperature，CAFT）与爆炸下限的
Fig. 6 Propylene LEL curve with initial temperature and pressure
关系。在爆炸下限条件下，1 mol 丙烯的燃烧反
应可表示为：
(4)
C 3 H 6 +n(O 2 +3.76N 2 ) = 3CO 2 +3H 2 O+(n−4.5)O 2 +3.76N 2
假设反应放出的热量全部用来加热产物，则使用 NASA 多项式拟合 C (T)，迭代求解能量守恒方
p
程为：
w
T ad
∆H + (n CO 2 C p,co 2 +n H 2 O C p,H 2 O +n O 2 C p,O 2 +n N 2 C p,N 2 +···)dT = 0 (5)
T i
∆H 为反应热，n 为物质的量，C 为物质在某温度下的热容。计算得到丙烯在不同温度、压力下的
p
式中：
计算绝热火焰温度见表 3。

表 3 丙烯在不同温度、压力下的绝热火焰温度结果
Table 3 Calculated adiabatic flame temperature results of propylene under varying temperature and pressure conditions

火焰温度/K
环境温度/K
0.1 MPa 0.3 MPa 0.5 MPa 0.7 MPa 0.9 MPa
293 1 457 1 457 1 457 1 447 1 433
333 1 465 1 465 1 465 1 440 1 431
373 1 497 1 477 1 458 1 433 1 414
413 1 529 1 495 1 461 1 422 1 405
453 1 552 1 474 1 425 1 415 1 392

在贫燃料区的爆炸下限测试中，丙烯燃烧过程经历典型的链式反应路径：首先裂解生成 H、OH、
2
O 等活性自由基，继而转化为 H 和 2 CO，最终通过 CO 氧化为 CO 的强放热过程完成燃烧。这一反应机
理导致爆炸下限条件下的 CAFT 始终维持在 1 390 K 以上。具体而言，丙烯的 CAFT 值在 0.1 MPa、180 ℃
时达到峰值 1 552 K，而在 0.9 MPa、180 ℃ 时降至最低值 1 392 K。由表 3 可知，在同一温度下，随着压力
的升高，CAFT 逐渐降低，这是由于：(1) 压力增加导致分子间距缩小，爆炸下限随之降低；(2) 单位体积反
应物燃烧释放的总热量随之减少；(3) 产物种类和热容保持相对稳定。研究发现，同一压力下温度对
CAFT 的影响呈现显著的压力依赖性转变特征。在低压区间（p＜0.5 MPa），温度升高使 CAFT 单调上升，
这主要是因为：虽然温度升高导致爆炸下限轻微下降，但初始温度提升直接增加了产物的显热，其热力
学增益超过燃烧热减少的影响。而在高压区间（p≥0.5 MPa），温度升高反而导致 CAFT 下降，这是由于：
(1) 分子碰撞概率随温度呈指数增长，使爆炸下限显著降低；(2) 燃烧热损失速率超过温度提升带来的显
热增益。

095402-7