摘要：为研究含弱约束受限空间内甲烷爆炸压力升高及沿扩散管的传播特征,对不同体积分数甲烷的爆炸特征参数进行了系列实验。获得了含弱约束结构受限空间在不同浓度甲烷爆炸时的压力升高规律,研究表明,含弱约束受限空间内的甲烷爆炸压力升高趋势类似封闭空间,但压力峰值远小于封闭空间,封闭空间最大压力是含弱约束结构空间的3. 2倍。由于弱约束结构的存在,甲烷体积分数较低时破膜压力较大,腔体内高压持续时间较短,而接近爆炸当量浓度时腔体内高压持续时间增长。扩散管中的爆炸压力和火焰传播规律随甲烷体积分数变化呈现明显不同。在实验条件下,当甲烷体积分数低于7. 0%时,破膜激波与火焰锋面时间差最大为5. 255 ms,扩散管中的火焰主要为膨胀火焰。而甲烷体积分数高于7. 4%时,破膜激波与火焰锋面时间差为28~40 ms,说明在管外发生了二次爆炸,以湍流火焰为主。爆炸压力的沿管道传播则分为3种情况,甲烷体积分数低于7. 0%时,爆炸压力随传播距离增大而减小;甲烷体积分数为7. 4%和11. 0%时,爆炸压力随传播距离增大呈线性增大;甲烷浓度为当量浓度时,其压力传播特征类似于全管道甲烷爆炸的特征,随传播距离呈现锯齿形增大。实验结论对天然气长输管道、LNG和CNG储罐检修过程中的爆炸事故预防和含弱约束结构的其他气体泄爆具有参考意义。

关键词：弱约束 甲烷爆炸 火焰 压力 传播 

单位：中国矿业大学安全工程学院; 江苏徐州221116; 黑龙江科技大学安全工程学院; 黑龙江哈尔滨150022; 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室; 安徽淮南232001; 煤炭资源与安全开采国家重点实验室; 江苏徐州221116