• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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楚紫涵, 张云, 安文鑫, 唐新宇, 张欣, 赵越, 谭迎新, 曹雄, 尉存娟, 曹卫国. 燃料浓度对受限空间内氢气/空气预混气体爆炸特性的影响[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2025-0140
引用本文: 楚紫涵, 张云, 安文鑫, 唐新宇, 张欣, 赵越, 谭迎新, 曹雄, 尉存娟, 曹卫国. 燃料浓度对受限空间内氢气/空气预混气体爆炸特性的影响[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2025-0140
CHU Zihan, ZHANG Yun, AN Wenxin, TANG Xinyu, ZHANG Xin, ZHAO Yue, TAN Yingxin, CAO Xiong, WEI Cunjuan, CAO Weiguo. The influence of fuel concentration on the explosion dynamics characteristics of hydrogen/air premixed gas in confined spaces[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2025-0140
Citation: CHU Zihan, ZHANG Yun, AN Wenxin, TANG Xinyu, ZHANG Xin, ZHAO Yue, TAN Yingxin, CAO Xiong, WEI Cunjuan, CAO Weiguo. The influence of fuel concentration on the explosion dynamics characteristics of hydrogen/air premixed gas in confined spaces[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2025-0140

燃料浓度对受限空间内氢气/空气预混气体爆炸特性的影响

doi: 10.11883/bzycj-2025-0140
基金项目: 国家自然科学基金项目(12202409);山西省基础研究重大项目(202403021223003);山西省高等学校青年学术带头人项目(2024Q024);

The influence of fuel concentration on the explosion dynamics characteristics of hydrogen/air premixed gas in confined spaces

  • 摘要: 氢能作为一种零碳能源,凭借其高能量密度和零碳排放的特性,在国防关键系统中具有广阔的应用前景。为提高能源利用效率并保障安全,采用试验与数值模拟相结合的方法,系统研究了受限空间内氢气浓度对爆炸动力学特性的影响。在圆柱形容器中进行试验,使用压力传感器和高速摄像机记录爆炸过程中的压力变化与火焰传播规律。同时,结合CFD数值模拟技术,采用包含19步反应的氢气/空气详细化学反应机理,准确捕捉了预混气体爆炸过程中气流速度的时空演化过程。结果表明:最大爆炸压力出现在氢气浓度为30 vol.%时,峰值达到0.62394 MPa;火焰面积峰值在30 vol.%和45 vol.%条件下最大,相比15 vol.%和60 vol.%时分别提高了14.6%和6.3%,其中30 vol.%时在8.2 ms时最快达到峰值。此外,在圆柱侧壁与端壁交界区域,由于几何约束导致未燃氢气积聚,造成局部密度和压力升高,并在流场中形成四个明显的高速区。在9 ms时,流场中心线上的气流速度呈对称分布,且单侧出现双峰值结构。在45 vol.%氢气浓度下,初期因局部热释放较强而呈现瞬态速度优势;而30 vol.%时则凭借持续稳定的燃烧过程,在后期实现速度反超,体现出近化学计量比条件下的高效燃烧稳定性,为高效氢气燃烧系统的设计与性能提升提供了科学依据。
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-05-14
  • 网络出版日期:  2025-09-04

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