Page 7 - 《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

Cylindrical vessel
Ignition system Pressure
gauge
Ignition unit

A2 pressure
A1 pressure monitoring point monitoring point
PCB PCB
pressure pressure
sensor sensor

Gas vent

Vacuum pump
Data
acquisition
H 2

Gas supply system
High-speed photography
图 2 试验装置示意图
Fig. 2 Schematic diagram of the test setup

动量方程：
∂(ρu)
+∇·(ρuu) = −∇p+∇τ+ρg+ F (2)
∂t
τ 可表示为：
由分子黏度而引起的应力张量
( ) 2
τ = µ[ ∇u+∇u T − ∇·uI] (3)
3
能量方程：
( )
∂(ρE) [ ] ∑
+∇· u(ρE + p) = ∇· k e ∇T − h j J j +τ·u +S h (4)
∂t
j
∑
q = −k e ∇T + h j J j (5)
j
g 为重力加速度向量，F µ 为
式中： ρ 为密度， ∇ 为向量微分算子， u 为速度向量， p 为压力， 为额外体积力，
J j 分别为组分 j
动力黏性系数， I 为单位张量， q 为热通量， E 为内能和动能之和， k e 为有效热导率， h j 和
S h 为定义的源项。
的显焓和扩散通量，
ω 模
为了准确地模拟出氢气在爆炸时的流动状态，采用剪切应力传输（shear stress transport，SST） k-
ω 输运方程可表示为：
型来提高计算精度。k-
∂(ρω) ∂(ρωu) ∂ Å ∂ω ã
+ = Γ ω +G ω −Y ω +S ω (6)
∂t ∂x i ∂x j ∂x j
S ω 为定义的
式中： ω 为比耗散率， Γ ω 为 ω 的有效扩散率， G ω 为 ω 的生成量， Y ω 为湍流引起的 ω 的耗散，
源项。
本文采用 Chemkin 热力学数据库中由 19 步可逆基元反应构成的氢气/空气详细化学反应机理 [47] 。
网格划分示意图如图 3 所示，圆柱形爆炸测试容器的内径为 300.00 mm，高为 282.94 mm。x 方向和 y 方
向的坐标范围为（−150，150），z 方向坐标范围为（0，282.94）。点火位置位于容器中心，对应的坐标为
（0，0，141.47）。在整个计算域中使用六面体结构化网格进行网格划分，网格数量为 952 644 个。

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