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1、2.气体混合爆炸特性及其参数2.1气体混合物爆炸气体混合物爆炸 在生产、使用、贮存、运输可燃气体的各种过程中，可能产生可燃气和空气的混合物，这种混合物在一定条件下，有火源的作用，就能够发生燃烧和爆炸。只有掌握可燃可爆气体爆炸特性，认识爆炸的一般规律，才能防事故于未然。气体点火特性表达参数气体爆炸参数 气体爆炸效应表达参数 爆炸极限（UEL，LEL）燃烧速度 闪点 爆炸指数 引燃温度 最大压力上升速率 最小点燃能量 最大压力特征时间 最小点燃电流 最大试验安全间隙 点火诱导期 最小点火温度 标准测试装置，测定方法 最大氧浓度 理论计算方法 最小爆炸压力闪燃与燃与闪点点闪燃：可燃液体或固体表面蒸气
2、达到一定浓度，在形成可燃性混合气体的最低温度下所发生的瞬间火苗或闪光燃烧现象称为闪燃。此时所对应的液体或固体表面温度称为闪点。当可燃液体或固体温度闪点，燃烧、爆炸 当可燃液体或固体温度闪点，不能被点燃由于蒸气压太小不足与在空气中形成可燃性气体混合物。自燃与自燃温度自燃：可燃物质在无外界明火作用下发生自 发着火燃烧的现象。外热自燃：可燃物质在外界热源作用下温度升高到自然温度所发生的着火燃烧现象。自热自燃：在无外界热源作用下，可燃物质因内部发生物化或生化过程而产生热积蓄使物质温度升高到自然温度时发生的着火燃烧现象。最小点火能量MIE在标准实验装置及测试 条件下，点燃可燃气 体混合物并使火焰自行传播
3、所需的最小放电火花能量单次试验的最小点火能量。在所有浓度范围内所测量最小点火能量中的最小值可燃气体混合物的最小点燃能量。影响因素：可燃气体物化性质 测试条件 电极形状 间隙大小 电路参数 MIE测试方法（教材P21，Fig2-8）可燃气体混合物的最小点燃能量和灭火距离标准测试方法。ASTME582-88 （J）最小点火能量与淬火距离之间的关系：P0：混合气体起始压力，Pa dq：淬灭距离：m爆炸极限 爆炸上限UEL 爆炸下限LEL 爆炸区 非爆炸区 测定方法（教材P20，Fig2-7）空气中可燃气体爆炸极限测定方法GB/T124474-90 可燃气体浓度：MESGmix 点火位置：紧靠内室器壁
4、，MESG 传播通道长度 MESG 可燃气体初始压力 ，MESG爆炸性环境用防爆电气设备最大试验安全间隙测试方法GB3836.11-91教材P23爆炸指数爆炸指数Pm：在标准爆炸容器及测试方法下，测得可燃气体混合物每次试验的最大爆炸超压。爆炸指数(dp/dt)m：指所测爆超压-时间曲线升段上的最大斜率。反映爆炸强度的重要指标 压力上升速率 ，燃烧反应速率 ，产生的冲击波压力 。爆炸指数K：指(dp/dt)m与爆炸容器容积（V）立方根的乘积。在可燃气体混合物所有浓度范围内：Pm的最大值Pmax（最大爆炸压力）(dp/dt)m的最大值(dp/dt)max（最大爆炸压力上升速率）K的最大值Kmax
5、最高爆炸温度热平衡法计算。三点假设：爆炸物质的爆炸过程是定容过程 绝热过程 爆炸产物的热容，只是温度的函数以甲烷-空气混合气体为例。设混合气中含有氧气量恰好能使CH4完全燃烧，甲烷燃烧热Qv=882.6KJ/mol，室温20(t 0)，压力1atm。空气中含有 ，虽然不参加化学反应，但吸收燃烧反应放出的热量.空气中N2:O2=79:21爆炸前后气体总摩尔数都为10.52mol.又 的恒容热容 （KJ/kgmol，）而燃烧产物的总热容甲烷燃烧产物总热容由热平衡式：tt0 可忽略 Qv=Cvt（简化计算，不影响结果）t=3155 T=3428K即最高爆炸温度tm，Tm最大爆炸压力，Pm爆炸气体产物
6、温度很高气体状态方程计算，Pm爆炸前爆炸后 又（定容过程）（1atm=101.33KPa）爆燃气体分解爆炸火焰传播 爆轰 初始压力 温度 爆轰成长距离 管径 （DDT距离）管壁条件 点火源强度 以乙炔为例 C2H2=2C+H2+226 KJ/mol 分解爆炸临界压力：0.14MPa（强点火 源，0.1MPa）分解爆炸火焰温度：3373K（无热损失）Pmax=910 P0 P0 t max P0 DDT距离3.气体的爆燃和爆轰按火焰传播速率不同，气体爆炸分为爆燃和爆轰两种状态。可燃性气体燃烧爆炸过程：由一般意义上得燃烧发展到爆燃和爆轰，每一个阶段以不同速率伴随不同压力值为特征。如：CH4 燃烧速
7、度 0.5m/s 爆燃速度 100 300m/s 爆轰速度 2000m/s 初始状态 （0区）前驱冲击波阵面过后流场状态（1区）爆燃波阵面通过后的流场状态（2区）燃烧速度与火焰加速传播 可燃气体混合物 层流火焰传播层流燃烧 湍流爆炸 火焰与氧气接触面积 燃烧速率 机理分子扩散传热与传播热量和质量向未燃气体中扩散相当缓慢弱点火源受火焰阵面前湍流的影响层流火焰阵面前沿发生折叠火焰遇障碍物加速传播，湍流度越大，火焰传播加速。喷射火焰点火源对压力的影响 火焰喷射速度越大，P越大。（线性递增关系）爆炸TNT当量 气体爆炸威力效应：f 为可燃气体燃烧热，e为有效系数，Wf 为可燃气体总质量，QTNT为TN
8、T爆热（4187 KJ/kg）3.2 爆轰特性爆燃波加速传播的一种极端状态超音速传播波阵面前沿是未受扰动的未燃混合物爆燃爆轰转变条件 利用封闭或障碍物便火焰传播不断加速 火焰从封闭空间向敞开空间喷射爆轰参数 静力学爆轰参数：表征爆轰发展限度 理论计算 动力学爆炸参数：表征爆轰建立难以程度 爆速，爆压，爆温，高物密度，平衡态组成 爆轰波胞格尺寸入口：甲烷/空气入口=33cm 爆轰波绕射临界管径 dc=13 实验测定 燃料种类临界起爆能量Ec 起爆条件 爆源特性 Ec：碳氢燃料/纯氧气混合物碳氢燃料/空气混合物 燃料不饱和度越高，Ec越低 爆炸模式易实现，只需要一个很弱的点火源。直接激发爆燃：零点几毫焦 几十毫焦 直接激发爆轰：10 100J 爆轰波是膨胀波，跨过波面，P,降低 爆炸波是压缩波，跨过波面，P,升高气体中爆燃与爆轰间定性判别表比常见的比值注释爆燃爆轰Ub/C00.0001-0.035-10C0是燃气声速Ub/U04-60.4-0.7Ub/Uc表示波的马赫数Pb/P00.98-0.97613-55U是燃烧速度，P是压力Tb/T04-168-21T是绝对温度，是密度 b/00.06-0.251.4-2.6下标b表示燃烧状态，0表示初始状态