随着社会的持续进步和发展,能源需求飞速增长,确保足够能源供应满足发展需求成为当今世界关注的热点。氢气能源作为近些年来的新兴能源之一,拥有巨大的潜力和广阔的前景,得到了日益广泛的重视和应用。由于氢气的密度很小,发生泄漏时的混合物中氢气会浮于空间的顶部,在空间中形成一定的浓度梯度,这种具有浓度梯度的混合物一旦遇到点火源发生爆炸,可能会造成更加巨大的破坏。因此,研究封闭空间中具有浓度梯度的氢气爆炸燃烧特性,可以为危险源场所提供防爆、抑爆方法,具有重要的意义。在本文中,设计了一个边长为0.5m的立方体实验舱,主要通过实验方法探究氢气浓度、扩散时间以及是否有开口对氢气/空气预混气体和具有浓度梯度的混合气体燃烧爆炸特性的影响。在实验过程中,分成均匀预混气体和浓度梯度混合气体分别讨论,通过高速摄像机捕捉火焰图像,研究火焰动力学传播特性,通过压力传感器采集的压力曲线,研究压力动态特性。在封闭舱内均匀的氢气燃烧爆炸中,火焰形态呈球形向外传播,火焰表面距离方舱壁面5cm时,壁面对火焰形状产生了明显的影响,使火焰形状发展为方形,在贫氢气的燃烧中,火焰锋面因热扩散不稳定性和水力学不稳定性的增强而变的褶皱,且随着球形火焰半径的增加,褶皱越来越明显,随着氢气浓度的增加,火焰传播速度先增大后减小。随着浓度的增加,压力的上升速率先增大后减小,在浓度为30%左右时,压力上升速率到达峰值,峰值压力最大,值得注意的是,在氢气浓度非常低时,压力到达峰值后产生了明显的压力震荡,这可能是由于浓度较低时火焰不稳定性强,放热速率不稳定引起的。在有开口的均匀氢气燃烧爆炸中,火焰最初呈球形向外传播,接近壁面时,靠近开口的一端火焰表面向外膨胀直至喷出开口,在开口外部引燃泄漏出的氢空气混合气体,发生二次爆炸,外部火焰最大长度随着浓度的增加而增加。二次爆炸产生的声波和破膜后外部空气的回流使压力演变过程中出现两个压力峰值,有开口的压力峰值比无开口的压力峰值要低,在均匀情况下,随着浓度的增加,开口使压力峰值降低的效果越来越弱。在封闭舱内有浓度梯度的氢气燃烧爆炸中,平均浓度为22.2%的氢气燃烧火焰形态与均匀的火焰形态有很大的区别,由于梯度的影响,火焰形态略为狭长,扩散时间在浓度为22.2%和35.7%两种情况下对火焰传播速度具有正影响,随着扩散时间增加,梯度减小,火焰传播速度增加,相比于均匀情况并不是所有梯度都会促进火焰传播,只有合适的梯度会对火焰传播产生正效应。在贫氢气的工况中,均匀的爆炸峰值压力比非均匀的爆炸峰值压力要大,而在富氢气的工况中,均匀的爆炸峰值压力比非均匀的爆炸峰值压力要小。在有开口的浓度梯度的氢气燃烧爆炸中,22.2%的火焰形态开始呈蘑菇状,随后在开口一端火焰表面向外膨胀,这与均匀的情况有明显差别,扩散时间对峰值压力有着不确定性的影响,有开口的峰值压力比无开口的峰值压力低,与均匀情况不同的是,有梯度的情况随着浓度的增加这种降低的效果没有明显减弱。