搭建了一套兼具承压和可视性能粉尘爆炸实验平台,在压力积聚工况下实验研究了石松子粉尘爆炸火焰传播特性.实验结果表明:压力积聚工况下的石松子粉尘爆炸火焰呈现空间离散的束状结构,火焰锋面呈齿状.随着粉尘浓度的提升,火焰连续性增强,锋面趋于平滑,亮度增加,并在750 g/m3达到最佳.不同浓度条件下的石松子粉尘爆炸火焰在传播过程中均呈现明显的速度脉动特征,但脉动频率随粉尘浓度的增大而减小.爆炸火焰平均传播速度随粉尘浓度的增大先增大后减小,并在750 g/m3达到最高.不同浓度条件下的石松子粉尘爆炸火焰前期传播速度均高于后期传播速度.

构建了长径比为4的含弱约束端面的短管道实验系统,对短管道油气爆炸特性进行了实验研究,得到油气爆炸压力和火焰的变化规律.实验结果表明:(1)受破膜、泄流、外部爆炸等因素的影响,含弱约束端面短管道油气爆炸具有多个超压峰值,并产生Helmholtz振荡;(2)弱约束端面对管道内外爆炸超压均具有增强作用,内部最大超压为24.23 kPa,外部最大超压为5.45 kPa,分别为无约束条件下的4.9和2.7倍;(3)火焰变化过程可划分为“层流燃烧-突变加速-外部爆炸-衰弱熄灭”4个阶段;由于湍流、界面不稳定、斜压效应等因素的影响,火焰在突变加速和外部爆炸两个阶段会发生剧烈的拉伸褶皱和卷曲变形,形成Tulip火焰和蘑菇云状火焰.(4)在层流燃烧阶段,弱约束端面对火焰速度有减弱作用,此阶段最大火焰速度为3.5 m/s,相比于无约束时减弱了41.3％;而在突变加速和外部爆炸阶段,弱约束端面破坏产生的强泄流对火焰传播速度有增强作用,此阶段最大火焰速度为80.2 m/s,相比于无约束时增强了106.2％.(5)不同初始油气浓度条件下火焰发展模式具有显著差异,在低浓度和中浓度条件下火焰能够冲出弱约束端面形成外部火球,而在高浓度条件下,火焰无法冲出管道.

利用自主搭建的2 m长气流输运管道实验装置开展了不同气流速度下玉米淀粉爆炸实验，通过高速摄影和压力传感器获得火焰信息和压力参数。基于实验结果分析了气流输运工况气流速度对玉米淀粉爆炸火焰传播行为和爆炸特性的影响规律。结果表明：随着气流速度的增加，粉尘爆炸火焰亮度、火焰传播速度及最大爆炸压力呈先增大后减小的趋势，存在火焰呈螺旋状向管道末端传播的现象。气流速度从5 m/s升至10 m/s，火焰最大传播速度从74.07 m/s增加到89.51 m/s，最大爆炸压力由17.08 kPa增至23.42 kPa。气流速度提高到15 m/s时，火焰最大传播速度和爆炸压力均有所下降，质量浓度为300 g/m3时受影响最大，爆炸压力降低41%,500 g/m3时受影响最小，爆炸压力下降7.4%。

为揭示甲烷/煤尘复合爆炸火焰的传播机理,利用气粉两相混合爆炸实验系统,在低于甲烷爆炸下限条件下,采用高速摄影机记录火焰传播图像,通过热电偶采集火焰温度,研究了煤尘种类以及甲烷体积分数对甲烷牒尘复合火焰传播特性的影响.结果 表明:挥发分是衡量煤尘燃烧特性的主导因素;随着煤尘挥发分的升高,燃烧反应增强,火焰传播速度升高,火焰温度升高;挥发分含量差异较小时,水分含量越低,燃烧反应越剧烈;在相同条件下,焦煤的燃烧反应强度最高,其次为长焰煤,最后为褐煤;随着甲烷体积分数的增加,煤尘颗粒的燃烧可由释放挥发分的扩散燃烧转变为气相预混燃烧,燃烧反应增强,火焰传播速度和火焰温度显著升高;热辐射和热对流作用促进煤尘颗粒热解,释放挥发分进行燃烧反应,维持复合火焰的持续传播;随着混合体系中甲烷体积分数的增加,混合爆炸机制由粉尘驱动型爆炸转为气体驱动型爆炸,燃烧反应增强;甲烷/煤尘复合爆炸火焰可由未燃区、预热区、气相燃烧区、多相燃烧区和焦炭燃烧区5部分组成,湍流扰动导致燃烧介质空间分布存在差异,使得燃烧区无规则交错分布.

在10m^3的爆炸罐中对体积分数为8%的甲烷和75g/m^3煤尘的混合物进行了系统的燃烧爆炸实验。分别利用光测方法和压力方法得到了爆炸物的层流燃烧速度、火焰传播速度、火焰厚度、马克斯坦长度以及爆炸特征值的变化规律。结果表明,在常温常压下,当点火能为40J时：利用光测法得到的8%甲烷与75g/m^3煤尘混合物的燃烧速度为0.437m/s,而根据压力-时间关系得到的混合物燃烧速度为0.459m/s,两者符合较好;用火焰厚度与马克斯坦长度判定的火焰发展趋势相同,即向外传播的火焰趋于稳定;爆炸物的爆炸特征值最大值出现在0.5m处,壁面的爆炸特征值偏小。

以甲烷为代表性气体,研究了在10％浓度甲烷的闭口管道中设置不同孔型、不同尺寸的带孔障碍物对可燃气体爆炸火焰和压力传播的影响.研究发现:设置障碍物隔板时,爆炸超压在穿过障碍物前缓慢增长,并受障碍物影响继续增大,在到达盲板前快速降低.火焰传播速度先缓慢增加,并在通过障碍物隔板前下降,在穿过开孔后急剧上升至最大值.随着障碍物隔板的开孔面积减小,其造成的气流喷射作用会明显增强,负压抽吸作用造成的影响增大,会导致障碍物前后超压分布更加不均匀,在障碍物隔板前的火焰传播速度下降幅度增加.同阻塞率条件下,最大超压和火焰传播速度均受到不同孔型的影响,火焰在穿过带孔障碍物隔板时,圆形开孔相对方形开孔和正三角形开孔更符合火焰球形发展规律,正三角形孔内切圆比方形孔小,火焰受到的影响更大,湍流更加明显,导致火焰速度和压力上升更加明显.不同孔型的最大超压关系为P三角孔>P方孔>P圆孔>P空载管道,火焰传播速度关系为v三角孔>v方孔>v圆孔>v空载管道.

为探索甲烷体积分数对聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)/甲烷混合爆炸下限及预热区厚度的影响,采用半封闭可视化实验装置研究甲烷/PMMA粉尘混合爆炸火焰传播过程.结果 发现,随着甲烷体积分数增加,平均粒径为28和54 μm的粉尘爆炸下限逐渐降低,平均粒径为54 μm的粉尘昆合爆炸预热区厚度增大,28μm粉尘混合爆炸预热区厚度基本不变.爆炸下限的降低是由于甲烷与PMMA粉尘存在协同作用;28 μm粉尘昆合爆炸的预热区厚度不变表明28μm粒子在预热区中完全裂解气化与甲烷气体形成均相的气体预热区.此外,在甲烷体积分数相同时,粉尘质量浓度的增加使得火焰传播速度增大.而在组合当量比一定的条件下,粉尘质量浓度的增加并未使得混合爆炸火焰传播速度增大,而是出现一定的波动变化.

为准确分析高温燃料电池阳极尾气的燃烧特性，利用化学反应动力学软件Chemkin建立三参数模型；根据高温燃料电池阳极尾气的组分特点，基于合成气的化学反应动力学机理，仿真研究预热温度、燃料含氢量、燃料转化率和反应选择性对预混火焰传播速度和点火延迟时间的影响。仿真结果表明：预热温度对点火延迟时间的影响较大，预热温度降低100 K,点火延迟时间呈指数增长；气体组分对火焰传播速度的影响大于对点火延迟时间的影响；反应转化率越大，层流火焰传播速度越小，点火延迟期越长；随着反应选择性正向移动，燃料中H2组分减少，火焰传播速度增大，点火延迟期减小。

采用高速摄像研究了长1.5m、截面0.1m×0.1m半开口有机玻璃方管内3种典型浓度下瓦斯预混火焰传播特征。结果表明：典型的瓦斯火焰运动过程分为火焰成长期、火焰加速期和火焰消失期3个阶段；甲烷体积分数略高于最佳值时，管内瓦斯火焰传播速度较大；3种典型浓度下光滑管道内瓦斯火焰传播阵面—点火时间满足GaussAmp曲线，其拟合度较高、相关性好；由火焰阵面—时间拟合曲线微分得出的火焰传播速度—时间曲线，更能反映实际瞬时火焰传播速度情况。火焰运动图像分析及瞬时火焰传播速度计算方法，对管内气体火焰或矿井瓦斯火焰特征研究具有一定的借鉴作用。

为进一步揭示金属丝网阻抑掺氢甲烷燃烧火焰传播特征的规律，通过实验研究了掺氢比例对不同孔隙密度金属丝网阻火过程的影响。结果表明：随着掺氢比例的增加，金属丝网的阻火难度加大，金属丝网的阻火效果可由成功转为失败，对火焰传播的影响作用可能从抑制转变为促进；当金属丝网阻火失败时，金属丝网会引起火焰褶皱并导致火焰加速，但郁金香形火焰的首现时间有所延迟；随着掺氢比例的增大，火焰穿过金属丝网后的加速现象更为明显；提高金属丝网孔隙密度可提高金属丝网对掺氢甲烷预混火焰的阻火能力，孔隙密度越大，阻火能力越强；60mpi以上金属丝网能够有效淬熄掺氢甲烷预混火焰。

本文提出了40%(摩尔分数,下同)正癸烷、42%正十二烷、13%乙基环己烷和5%对二甲苯的四组分RP-3航空煤油替代燃料模型,并通过实验充分验证了替代燃料模型与实际RP-3航空煤油在理化特性上的相似性.采用对冲火焰实验台架,测量了RP-3航空煤油以及四组分替代燃料的层流火焰传播速度.对比结果表明本文提出的替代燃料能够准确描述实际RP-3航空煤油的燃烧速率.进一步发展了包含168组分、1089反应的半详细反应动力学模型,验证结果表明本文机理能够准确预测RP-3航空煤油着火延迟时间和火焰传播速度.

运用管道爆炸传播实验系统,配合高速摄像机及纹影仪系统,对密闭管道内瓦斯爆炸过程中的火焰传播行为进行了实验研究。通过研究得出了瓦斯爆炸点火起爆阶段、爆炸初期阶段、爆炸充分发展阶段爆炸火焰的结构特征和传播行为变化规律,研究为有效预防和控制瓦斯爆炸事故提供了重要的理论依据。

利用定容燃烧弹研究了外加电场对甲烷-空气混合气燃烧特性的作用.加载电压为0、?5、?10和?12 kV,混合气的过量空气系数λ分别为0.8、1.0和1.6,代表浓燃、当量比和稀燃三种混合气状态.结果表明,电场方向上的火焰发展半径和火焰传播速度明显增加,原先近似圆球形的火焰形状发生变化.特别是稀燃混合气,电场作用下火焰的传播状况增加最为显著,火焰近似呈圆柱形.在加载电压为?12 kV时,对于λ=0.8、1.0和1.6的混合气,火焰拉伸速度最大值分别增加了42.3%、29.7%和111.7%.同时,混合气燃烧压力的发展明显加快,压力峰值出现的时间明显提前.对于浓燃和当量比浓度的混合气,压力峰值变化不大,而稀燃混合气的压力峰值增加较为明显.在?12 kV电压作用下,浓燃、当量比和稀燃三种状态下混合气的压力峰值时间提前了13.4%、7.5%和24.6%,相应的燃烧压力峰值增大了 2.2%、1.0%和 8.1%.本文应用外加电场对燃烧火焰产生的离子风效应及其对传播火焰形成的拉伸作用对试验结果进行了说明.

向天然气中掺混氢气会改变其燃烧特性。以中国东部某沿海城市天然气管网典型气质为样本，研究了掺氢比（氢气体积分数）不超过10%时，供应终端的可行性，并开展了火焰稳定性、火焰传播速度及热值测试。结果表明，当样本气掺氢比为10%时，仍满足12T基准天然气华白数和燃烧势燃气互换性要求，对用气设备功率的影响可以忽略；当掺氢比不超过10%时，火焰稳定性、火焰传播速度及热值等波动较小，用气设备可以正常使用掺氢天然气。

高保真的简化或骨架反应机理对多维计算流体力学（CFD）燃烧模拟极其重要。首先,针对不同简化目标,使用包含误差传播和敏感性分析的直接关系图方法（DRGEPSA）通过简化主要参比燃料（PRF）详细机理,获得了一系列简化机理,发现简化机理的结构随简化目标的改变而显著不同;其次,基于不确定性定量化方法评估简化机理的性能,结果表明为避免简化机理的预测结果失真,需要在简化方法中使用较小的相对误差;最后,提出了解耦法的理论依据,并使用该方法构建PRF燃料的骨架机理。结果发现通过耦合详细H2/CO/C1子机理和骨架C4-C_n子机理,最终的骨架机理能够满意地预测滞燃期和火焰传播速度。

为探究障碍物阻塞比变化率对瓦斯爆炸的影响，分别建立平均阻塞比为0.6、 0.3的受限空间物理模型，基于Charlette湍流燃烧模型，利用Fluent软件对阻塞比变化率依次为0、 0.05、 0.10、 0.15的障碍物条件下的爆炸火焰、湍流转捩、压力波耦合过程进行大涡模拟（LES）。研究结果表明：火焰经过障碍物会产生回流卷吸效应。在平均阻塞比为0.6的工况组A中，当阻塞比变化率为0.10、 0.15时，火焰锋面更加尖锐，火焰传播速度峰值更高，平均传播速度更高，到达超压所需时间更短，超压峰值更大。在平均阻塞比为0.3的工况组B中，各工况平均传播速度相同，随着阻塞比变化率的增大，到达超压所需时间更长，超压峰值更大。

氨气作为一种可持续和可再生燃料近年来引起研究者广泛的兴趣，然而由于较低的层流火焰传播速度和较高的NO排放，需要对此进行进一步研究。本文通过数值研究的方法，计算了NH₃-H₂-空气火焰的火焰传播速度和NO排放量，并且进行了火焰的详细反应敏感性分析，研究了化学当量条件下氢气对于火焰传播速度以及NO影响的原因。结果表明，随着燃料中H₂成分的增加，改变了火焰中自由基的浓度，提升了火焰中重要反应的反应速率，同时对反应路径有着较为明显的影响，从而增强了火焰传播速度以及NO的摩尔分数。

为探究磁场对气体爆炸反应的影响,实验研究了磁场强度对C2H2爆炸特征的影响规律,结果表明:磁场能抑制C2H2爆炸压力和升压速率,磁场强度越大,抑制效果越明显;沿火焰传播方向,磁场对C2H2爆炸火焰传播速度呈现先促进后抑制的效果,整体表现为抑制作用.磁场强度较低时,爆炸火焰平均传播速度降低了 38.94％,磁场强度较高时,爆炸火焰平均传播速度降低了 49.62％.利用Chemkin-Pro软件模拟了 C2H2爆炸基元反应过程,理论推导了磁场影响C2H2爆炸的反应机理,磁场改变了 C2H2爆炸反应路径,是造成爆炸特征参数下降的主要原因.由于不同种类自由基的摩尔质量和磁化强度不同,在磁场中,洛伦兹力和梯度磁场力对小分子量自由基比对大分子量自由基的作用力更大.磁场改变了自由基的运动轨迹,由于同种小分子量自由基的聚集和器壁效应的产生,减小了关键自由基之间的碰撞几率,降低了基元反应的速率,导致爆炸强度下降.

基于本生火焰法，结合数字图像处理技术，应用中国空间站燃烧科学柜开展了甲烷和乙烯火焰传播速度地面测量试验，以期为将来的天地（微重力-常重力）燃烧对比试验提供地面数据，并为燃烧科学柜在轨科学研究奠定基础。结果表明：随着当量比的升高，火焰传播速度先上升后下降，火焰高度先下降后上升，二者均在当量比为1.04左右取得最值。甲烷预混燃烧的最高火焰传播速度约为37.36 cm/s，乙烯预混燃烧的最高火焰传播速度约为67.58 cm/s，后者约为前者的1.81倍。当量比一定时，未燃混合气出口流量或出口雷诺数的改变不会引起火焰传播速度的变化，但会显著影响火焰的高度。

在不同房间火源功率与开口尺寸条件下,研究了水平分隔物对开口溢流火焰结构的影响。通过图像处理的方法对实验获得的溢流火焰视频图像进行了捕捉和量化。利用实验与理论分析相结合的方法,建立了描述水平分隔物下方溢流火焰流动与燃烧状况的数学模型,并确定了水平分隔物下方溢流火焰的质量卷吸系数约为0.12,而其燃烧过剩空气系数约为3.7。基于研究确定的燃烧与流动关键参数,获得了水平分隔物下方溢流火焰长度的预测公式,可为水平分隔物尺寸的确定提供参考依据。