Page 190 - 《爆炸与冲击》2026年第11期
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第 46 卷 李 展，等： 甲烷-空气爆燃驱动的爆炸荷载模拟装置研发Ⅱ：爆炸波演化规律与加载方案设计 第 11 期
烷-空气爆燃驱动的爆炸荷载模拟装置加载技术方案，最后开展荷载与结构试验以验证加载技术方案的
可行性与可靠性。
1 大尺寸管道甲烷-空气内爆炸试验概述
基于已有管道空间燃气爆炸试验装置 [21-22] ，开展了密闭、有障碍物条件下大尺寸管道内燃气爆炸试
验，如图 1 所示。试验装置全长 33 m，由 10 节 3 m 长钢制管道和 3 节 1 m 长钢筋混凝土管廊构件组成，
内部截面尺寸为 0.8 m×0.8 m。点火点位于钢制管道一端，使用钢制盖板封闭，盖板中央预留有点火器安
装孔。自点火端开始，每隔 6 m（即每两节管道）安装一块阻塞率为 25%、厚度为 5 mm 的钢板作为障碍
物，共设置 4 个障碍物，具体位置如图 2 所示。
管廊构件末端先使用法兰连接钢板密封，再分层
覆土压实。压力传感器测点 P1～P5 分别位于距
点火端 1、7、13、19 和 25 m 处，均安装于钢制管
道侧边；P6～P8 则布置于每节构件底部中心位
置。试验采用 99.9% 的商用甲烷作为可燃气体，
体积分数为 9.5%，气云长度为 12 m，操作流程与
已有研究 [22] 保持一致。试验测得的爆炸超压时
程曲线如图 3 所示。结果表明，障碍物的设置显
图 1 大尺寸管道燃气内爆炸试验系统
著提高了管道内燃气爆炸超压荷载，末端测点处
Fig. 1 Test system of gas explosion in large-scale tubes
超压峰值可超过 1 MPa。
P1−P5
P6−P8
Steel tube Obstacles Tunnel specimen Ignition location
图 2 大尺寸管道的燃气内爆炸试验布置示意图
Fig. 2 Schematic diagram of test setup
P1
P2
P3
P4
1 200 P6
1 000 P8
Overpressure/kPa 600
800
400
200
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
Time/s
图 3 管内超压荷载时程曲线
Fig. 3 Overpressure loads-time curves of gas explosion in large-scale tubes
2 大尺寸管道甲烷-空气内燃气爆炸的数值计算方法
利用 CFD 软件 OpenFOAM，建立大尺寸管道内甲烷-空气爆燃数值计算方法，对燃气爆炸过程进行
数值模拟，与试验数据比对进行验证。
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