2 实验结果及分析

　　2.1 甲烷爆炸极限

　　在烷-空混合气体处于宏观静止和湍流两种状态下测试甲烷的爆炸下限（LEL）和爆炸上限（UEL），结果见表1。实验测得宏观静止状态甲烷的爆炸极限为5.35%~17.35%。标准装置测定甲烷的爆炸极限为5%~14%[5]。可见在20L 近球形气体爆炸反应装置中测试的甲烷爆炸下限同标准装置的测试结果基本一致，上限偏高。这是反应容器材质、形状和尺寸等影响因素综合作用的结果，主要原因是近球形爆炸反应罐截面尺寸大，反应中的游离基碰撞器壁丧失活性的机会减少，反应速率增大，反应时间缩短，热损失减少，最终导致混合气爆炸极限范围增大。

　　由表 1 可见，宏观静止和湍流状态下甲烷在空气中的爆炸极限基本一致，说明甲烷的爆炸极限受其流动状态的影响不大。

　　2.2 甲烷爆炸压力相关参数

　　对甲烷浓度为6%至16%的烷-空混合气体在宏观静止和湍流两种不同状态下进行了几百次爆炸压力测试，得出了甲烷各浓度爆炸压力、爆炸压力上升速率等相关参数。湍流状态测试时，储气罐压力为1 MPa。

　　（1）爆炸压力。实验测得宏观静止状态甲烷平均最大爆炸压力Pmax 为0.778MPa，湍流状态Pmax 为0.818MPa。

　　图 2 为甲烷浓度C 为11%时，宏观静止和湍流状态烷-空混合气体爆炸压力曲线。由图可见，湍流状态的爆炸压力峰值和压力上升速率较宏观静止状态明显升高，达到峰值压力的时间较短，仅50ms。

　　图3 为宏观静止和湍流状态烷-空混合气体的爆炸压力Pm 随甲烷浓度C 变化的趋势曲线。由图可见，甲烷浓度为11%时爆炸超压峰值最大，此浓度为甲烷在20L 近球形爆炸反应罐中爆炸的最佳浓度。常见可燃气体和空气混合气体的最佳浓度为化学计量浓度的1.1~1.5 倍[6]。本测试结果符合该规律。图3 中湍流状态各浓度甲烷混合气体的爆炸压力Pm 较宏观静止状态均有所增大，其中甲烷浓度低于其爆炸最佳浓度时压力增幅基本一致，高于最佳浓度时压力增幅随浓度的增大而加大。基于以上分析，说明湍流可促使瓦斯爆炸压力增大，增强其爆炸威力。主要原因是由于湍流状态混合气体分子不规则脉动的扩散，加速反应物的混合，促进爆炸反应过程的传热传质，反应更加充分，释放的能量更多，而导致爆炸超压较高。