受限空间油气爆燃火焰形态

通过受限空间油气爆燃可视化实验发现，在不同初始油气体积分数下，爆燃火焰呈现出不同的表观特征，据此提出了受限空间油气爆燃的3种火焰形态，即光滑球形火焰、褶皱球形火焰和卷曲絮状火焰。分析了3种火焰形态的形成机理，并通过实验观测与理论分析，给出了区分3种火焰形态的临界条件。结合实验中采集到的关键参数，总结了不同的火焰形态下受限空间油气爆燃的反应产物、最大压力、升压速率、反应时间、火焰强度等关键参数的特征与变化规律。     

T型分支管道对油气爆炸压力的影响

为了研究T型分支结构对管道内油气爆炸压力的影响，进行了不同初始油气体积分数、不同初始点火能工况下多参数对比实验，并对火焰传播进行了可视化研究。实验结果表明:T型分支管道对油气爆炸压力有强化作用，强化程度和初始油气体积分数关系密切，在当量比附近，强化程度表现最显著；初始点火能对油气爆炸最大超压影响显著，随着点火能的增大，最大爆炸超压呈线性增长；波的绕射和反射、流场湍流度增强、管道通道面积增大和障碍物扰动是导致T型分支管道内爆炸压力增强的主要因素；T型分支管道会导致火焰阵面严重地弯曲褶皱变形，增大火焰面积，并且回传火焰对T型分支结构壁面具有较强的破坏作用。     

热壁条件下油气的热着火现象

设计了高温热壁油气热着火实验系统，对受限空间油气混合气体在热壁条件下的热着火现象进行了实验研究。根据实验结果，详细讨论了油气混合物的着火方式、临界着火温度、着火压力范围以及体积分数、温度的变化规律。实验发现:热壁条件下油气混合物引燃分为油蒸气的热裂解-油气快速氧化反应-油气急速氧化反应3个阶段；油气混合物着火模式为燃烧、热爆燃和热爆炸；油气在汽油自燃点附近开始快速化学反应，热着火临界温度高于汽油自燃点近80 K；温度特征曲线在着火时具有突变性质；热壁温度达到783～873 K时，存在压力范围为2.2～17.6 kPa的三角形油气热着火压力半岛。     

C1~C4烷烃混合气体热爆燃的简化机理与分析

为了探索油气在受限空间热爆燃发生的化学反应机理，以CHEMICAL4.1为平台，分析了C₁~C₄烷烃混合气体热爆燃过程的系统温度、主要组分浓度和中间产物生成率的变化规律。通过敏感性分析、生成速率分析和路径分析等方法，简化了C₁~C₄烷烃混合气体的详细机理，得到了一个包含37种组分、80个基元反应组成的简化机理，并进行了对比验证。在反应机理上印证了气体热爆燃过程存在缓慢氧化、快速氧化和反应平衡3个阶段。发现与超氧化氢和过氧化氢有关的基元反应是热爆燃发生的关键反应，而大量产生的氢基和羟基最终导致了热爆燃的发生。     

T型分支管道对油气爆炸强度的影响

为了研究T型分支结构对管道内油气混合物爆炸强度的影响规律，测试了不同初始体积分数条件下直管和具有T型分支管中爆炸波超压值，并利用有机玻璃透明管道对火焰传播规律进行了可视化研究。得到以下结论:(1)T型分支管道对油气爆炸有强化作用，在油气体积分数为1.2%至1.6%范围内表现最明显; (2)T型分支管道对油气爆炸的强化作用受管道横截面突扩和障碍物扰动以及波的反射、绕射三方面的影响; (3)火焰经过分支管道时，火焰阵面发生极大的扭曲，火焰表面积显著增大，燃烧速率增大，增强了热量和活性物质的输运速率，提高了爆炸波的强度; (4)在T型分支管道附近, 油气爆炸的压力突变增强, 是由压力波反射、绕射引起的温升效应和压力波引起湍流强度增强共同导致。     

油气爆炸过程火焰燃烧模式的实验估计

首先分析讨论了油气爆炸过程中火焰燃烧模式的估计方法，然后在激波管内进行了低、中、高3次不同初始油气浓度条件下的油气爆炸实验，通过实验数据分别计算出了低、中、高初始油气浓度条件下油气爆炸在初期、中期和后期的丹姆克尔数和湍流雷诺数，最后依靠丹姆克尔数-湍流雷诺数图对低、中、高初始油气浓度条件下油气爆炸初期、中期和后期的火焰燃烧模式进行了定量估计。结果表明:低、中、高初始油气浓度条件下激波管油气爆炸过程初期、中期和后期的火焰燃烧模式均为漩涡内小火焰模式。     

油气爆炸的氮气非预混抑制实验

依靠激波管可视化实验台架，完成了油气爆炸的氮气非预混抑制实验，获得了火焰前锋在氮气非预混段内衰减、熄灭过程的高速摄影照片。通过对实验数据和高速摄影照片的分析，讨论了油气爆炸氮气非预混抑制过程的超压特性和火焰行为。结果表明，采用氮气非预混手段能显著降低油气爆炸过程的超压与超压上升速率。油气爆炸的氮气非预混抑爆过程经历了惯性相持期、抑制衰减期和扩散熄灭期3个阶段。氮气分子作为第三体参与化学反应并携带走高能自由基的能量，促使链式反应向中止链大量发展，这是油气爆炸氮气非预混抑制过程的主要机理。抑制衰减期的火焰由衰减抑制区和核心区火焰构成，火焰与氮气的相互作用主要发生在衰减抑制区内。在抑制衰减期内，火焰速度的衰减可用线性公式描述。     

连续圆孔障碍物对油气泄压爆炸火焰特性影响大涡模拟

采用WALE模型和Zimont预混火焰模型对内置圆孔障碍物油气泄压爆炸火焰特性进行了大涡模拟，并将大涡模拟计算结果和RNG k-ε湍流模型计算结果以及实验结果进行对比分析，验证了大涡模拟的精确性。结果表明:（1）大涡模拟在预测油气爆炸超压、火焰传播速度以及火焰形态变化等方面比RNG k-ε湍流模型精确度更高，且能表现出更多流场的精细化结构；（2）障碍物诱导管道内形成湍流度较高的流场区域，导致火焰产生褶皱弯曲变形，增大火焰面积，加速火焰传播；（3）爆炸超压、火焰传播速度和火焰面积内在联系密切，具有显著的耦合性，且随时间的变化趋势存在高度的一致性。     

一个端部开口短管气体爆燃外场火焰传播模型

针对端部开口短管气体爆燃火焰传播问题，通过借鉴Clanet等和Bychkov等提出的火焰传播模型，在假设绝热、不可压缩的条件下，得到了可燃气体分布与火焰锋面传播的数学模型。以汽油蒸气为实验工质，在全透明实验管道上进行了爆燃实验。通过高速摄影及纹影图像，对所提出的模型进行了验证。结果表明，该模型能够较准确地预测长径比4:1至10:1的端部开口短管气体爆燃外场可燃气体界面与火焰锋面位置。上述成果在可燃气防爆安全领域具有一定应用价值。     

爆轰波在突扩通道中传播的数值模拟研究

建立了描述甲烷 空气混合物爆轰波传播的单步化学反应爆轰模型 ,通过数值模拟研究了在二维突扩通道中爆轰波的强度变化和各种波行为。结果表明 :爆轰波在进入突扩通道初始阶段的衍射使爆轰波局部向爆燃转变 ;爆炸波在壁面发生马赫反射形成的高温高压区域将直接诱导自持爆轰波的重新形成。