Page 9 - 《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

相对大小。随着氢气浓度的增加，理论最大爆炸 0.7
45%, A1
压力和实际最大爆炸压力均呈现先增加后降低 0.6 45%, A2
的 趋 势 ， 在 氢 气 体 积 分 数 为 30% 时 达 到 最 大 0.8
0.5 20 Peak time Peak pressure
值。由于理论最大爆炸压力是在绝热条件下计 16 0.577 68 MPa 0.575 36 MPa 0.6
算的，而试验测试时存在由热传导、对流、辐射 p/MPa 0.4 Peak time/ms 12 11.14 ms 10.74 ms 0.4 Peak pressure/MPa
造成的热损失，因此，实际最大爆炸压力均低于 0.3 8 4 0.2 0.65
0.60
理论最大爆炸压力。同时，由于热损失和动态耗 0.2 0 A1 A2 0 0.55
Sensor location p/MPa 0.50
散的耦合作用，实际最大爆炸压力与理论最大爆 0.1 0.45
炸压力的差值在氢气体积分数为 60% 时最小， 0.40 9 10 t/ms 12 13
11
与 Zhuang 等 [50] 的研究结果一致。 0 4 8 12
t/ms
爆炸压力及其上升速率作为表征可燃气体
爆炸过程中能量释放量与释放速率的关键参数， 图 5 氢气体积分数为 45% 时 A1 与 A2 监测点
测得的压力曲线
是衡量爆炸强度的重要指标。图 7 展示了氢气
Fig. 5 Pressure curves measured at monitoring points A1 and
体积分数为 30% 和 60% 工况下，两测点爆炸压
A2 when the volume fraction of hydrogen is 45%
力及其上升速率随时间的变化。从图 7 中可以看
出，容器内的爆炸压力均呈现先上升后下降的趋势，但爆炸压力及其上升速率峰值大小与其出现时间存在
较大差异。当氢气体积分数为 30% 时，爆炸压力峰值为 0.623 94 MPa，压力上升速率峰值为 149.62 MPa/s。
当氢气体积分数为 60% 时，爆炸压力峰值为 0.504 09 MPa，压力上升速率峰值为 89.80 MPa/s，相较于氢
气体积分数为 30% 时分别下降了 19.21% 和 39.98%。

Theoretical maximum explosion pressure 0.7 200
Actual maximum explosion pressure 0.6 30%
1.0 0.808 33 0.747 82 0.5 0.623 94 150
Maximum explosion pressure/MPa 0.7 0.559 09 0.623 94 0.575 36 0.623 99 p/MPa 0.1 0 60% 89.80 0.504 09 0 −50 (dp/dt)/(MPa·s −1 )
100
0.4 149.62 MPa/s
0.9
50
0.3
MPa
0.2
0.8
0.5
90
0.6
0.4
60
0.3
MPa/s
0.5
MPa
30
0.504 09
0.2
0.4
0.3
0.2 0.339 68 0.1 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 −30
15 30 45 60 t/ms
Volume fraction of hydrogen/%
图 7 氢气体积分数为 30% 和 60% 时爆炸压力
图 6 理论最大爆炸压力与实际最大爆炸压力的对比（A2） 以及压力上升速率曲线
Fig. 6 Theoretical maximum explosion pressure compared to Fig. 7 Explosive pressure and pressure rise rate curves for when
actual maximum explosion pressure (A2) the volume fraction of hydrogen is 30% and 60%
这主要是由于化学当量比对燃烧热力学与反应动力学的协同调控作用。当氢气体积分数为 30% 时
接近化学计量比（ϕ=1），容器内部可以发生完全燃烧反应，使得单位体积混合气体的燃烧焓释放效率达
到峰值，且自由基链式反应的传播速率达到极值，燃烧速度快且放出的热量多，最终导致氢气体积分数
为 30% 时的爆炸压力和上升速率峰值均大于 60% 时。
2.2 火焰传播规律
受限空间内火焰传播过程可以划分为 3 个主阶段：火焰增长阶段、火焰稳定阶段以及火焰熄灭阶
段，如图 8 所示。在火焰增长阶段，先形成直径较小的高温火核，此时以层流燃烧为主，产生微弱的压力
波向四周传播，使得火焰近似球形向四周扩散。随着火焰半径的增大，燃烧产物的膨胀加剧气流扰动，
使得雷诺数增大，火焰表面出现褶皱，进入湍流燃烧阶段。受限空间内气体体积受限，压力的升高使得

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