2 實(shí)驗結(jié)果及分析

　　2.1 甲烷爆炸極限

　　在烷-空混合氣體處于宏觀靜止和湍流兩種狀態(tài)下測試甲烷的爆炸下限（LEL）和爆炸上限（UEL），結(jié)果見表1。實(shí)驗測得宏觀靜止?fàn)顟B(tài)甲烷的爆炸極限為5.35%~17.35%。標(biāo)準(zhǔn)裝置測定甲烷的爆炸極限為5%~14%[5]。可見在20L 近球形氣體爆炸反應(yīng)裝置中測試的甲烷爆炸下限同標(biāo)準(zhǔn)裝置的測試結(jié)果基本一致，上限偏高。這是反應(yīng)容器材質(zhì)、形狀和尺寸等影響因素綜合作用的結(jié)果，主要原因是近球形爆炸反應(yīng)罐截面尺寸大，反應(yīng)中的游離基碰撞器壁喪失活性的機(jī)會減少，反應(yīng)速率增大，反應(yīng)時間縮短，熱損失減少，最終導(dǎo)致混合氣爆炸極限范圍增大。

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　　由表 1 可見，宏觀靜止和湍流狀態(tài)下甲烷在空氣中的爆炸極限基本一致，說明甲烷的爆炸極限受其流動狀態(tài)的影響不大。

　　2.2 甲烷爆炸壓力相關(guān)參數(shù)

　　對甲烷濃度為6%至16%的烷-空混合氣體在宏觀靜止和湍流兩種不同狀態(tài)下進(jìn)行了幾百次爆炸壓力測試，得出了甲烷各濃度爆炸壓力、爆炸壓力上升速率等相關(guān)參數(shù)。湍流狀態(tài)測試時，儲氣罐壓力為1 MPa。

　?。?）爆炸壓力。實(shí)驗測得宏觀靜止?fàn)顟B(tài)甲烷平均最大爆炸壓力Pmax 為0.778MPa，湍流狀態(tài)Pmax 為0.818MPa。

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　　圖 2 為甲烷濃度C 為11%時，宏觀靜止和湍流狀態(tài)烷-空混合氣體爆炸壓力曲線。由圖可見，湍流狀態(tài)的爆炸壓力峰值和壓力上升速率較宏觀靜止?fàn)顟B(tài)明顯升高，達(dá)到峰值壓力的時間較短，僅50ms。

　　圖3 為宏觀靜止和湍流狀態(tài)烷-空混合氣體的爆炸壓力Pm 隨甲烷濃度C 變化的趨勢曲線。由圖可見，甲烷濃度為11%時爆炸超壓峰值最大，此濃度為甲烷在20L 近球形爆炸反應(yīng)罐中爆炸的最佳濃度。常見可燃?xì)怏w和空氣混合氣體的最佳濃度為化學(xué)計量濃度的1.1~1.5 倍[6]。本測試結(jié)果符合該規(guī)律。圖3 中湍流狀態(tài)各濃度甲烷混合氣體的爆炸壓力Pm 較宏觀靜止?fàn)顟B(tài)均有所增大，其中甲烷濃度低于其爆炸最佳濃度時壓力增幅基本一致，高于最佳濃度時壓力增幅隨濃度的增大而加大?；谝陨戏治?，說明湍流可促使瓦斯爆炸壓力增大，增強(qiáng)其爆炸威力。主要原因是由于湍流狀態(tài)混合氣體分子不規(guī)則脈動的擴(kuò)散，加速反應(yīng)物的混合，促進(jìn)爆炸反應(yīng)過程的傳熱傳質(zhì)，反應(yīng)更加充分，釋放的能量更多，而導(dǎo)致爆炸超壓較高。

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