2 實驗結果及分析

　　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下測試甲烷的爆炸下限（LEL）和爆炸上限（UEL），結果見表1。實驗測得宏觀靜止狀態甲烷的爆炸極限為5.35%~17.35%。標準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裝置中測試的甲烷爆炸下限同標準裝置的測試結果基本一致，上限偏高。這是反應容器材質、形狀和尺寸等影響因素綜合作用的結果，主要原因是近球形爆炸反應罐截面尺寸大，反應中的游離基碰撞器壁喪失活性的機會減少，反應速率增大，反應時間縮短，熱損失減少，最終導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的影響不大。

　　2.2 甲烷爆炸壓力相關參數

　　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下進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參數。湍流狀態測試時，儲氣罐壓力為1 MPa。

　　（1）爆炸壓力。實驗測得宏觀靜止狀態甲烷平均最大爆炸壓力Pmax 為0.778MPa，湍流狀態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烷-空混合氣體爆炸壓力曲線。由圖可見，湍流狀態的爆炸壓力峰值和壓力上升速率較宏觀靜止狀態明顯升高，達到峰值壓力的時間較短，僅50ms。

　　圖3 為宏觀靜止和湍流狀態烷-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 近球形爆炸反應罐中爆炸的最佳濃度。常見可燃氣體和空氣混合氣體的最佳濃度為化學計量濃度的1.1~1.5 倍[6]。本測試結果符合該規律。圖3 中湍流狀態各濃度甲烷混合氣體的爆炸壓力Pm 較宏觀靜止狀態均有所增大，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。基于以上分析，說明湍流可促使瓦斯爆炸壓力增大，增強其爆炸威力。主要原因是由于湍流狀態混合氣體分子不規則脈動的擴散，加速反應物的混合，促進爆炸反應過程的傳熱傳質，反應更加充分，釋放的能量更多，而導致爆炸超壓較高。

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