近年来,随着预混可燃气体在工业生产、民用建筑以及交通运输领域的实际运用越来越广泛,各类输气管道及密闭容器内预混可燃气体的泄漏及爆炸事故也频频发生,造成了严重的人员伤亡和财产损失。同时,由于传统工业的发展主要依赖于煤、石油和天然气等不可再生的化石燃料的大量消耗,已造成严重的能源匮乏和环境污染等问题。氢气作为未来一种无污染的理想可燃气体燃料,且相比其它含碳可燃气体,具有点火能低、燃烧极限范围广、层流燃烧速度和扩散性较高、熄火距离较小和熄火拉伸率较大等特性。它的燃烧过程、火焰面动态结构以及爆炸动力学行为也呈现出不同的特性和规律,为此,开展氢气/空气预混气体燃爆过程和燃爆特性的研究势在必行。然而,探究预混氢气/空气燃爆特性以及不同点火条件、初始条件、管道尺寸效应和各种管道结构对其燃爆特性的影响研究能对工业管道设计和燃爆事故的预防措施提供重要的参考,同时,基于预混气体燃爆理论,开发和利用氢能并将其用于新材料制备领域,通过对纳米材料的微观结构和合成机理的研究,反馈到对氢气/空气燃爆特性和燃烧理论研究,建立二者相互影响、相互联系机制,也是一种全新的研究思路和方法。基于此,本文首先运用气相爆轰理论和强度理论,自制一套爆炸反应装置,实验研究了预混H₂/Air的燃爆过程,以及管内不同位置处的爆炸峰值压力受初始温度和氢气混合比的影响规律;然后通过预混H₂/Air燃爆反应制备纳米TiO₂粉体的实验研究探究氢气燃爆过程的实际运用问题;最后利用流体动力学软件Fluent,数值模拟研究密闭直管内预混H₂/Air的燃爆过程,火焰面结构变化,温度场、压力场和速度场以及能量和涡量的变化规律,初步揭示不同点火条件、初始条件、管道尺寸效应和管道结构等对预混H₂/Air燃爆过程及燃爆特性的影响。通过研究,取得了如下成果:（1）在自制爆炸反应管内进行爆炸压力测试和强度验算中发现,该装置能确保预混气体爆炸实验的安全性。随着爆炸冲击波自点火端向右传播,爆炸峰值压力不断增加,增加幅度可达15.97%;而管末端的爆炸峰值压力因为初始温度（T0=300 K⁴73 K）和氢气混合比（H₂/Air=0.2⁰.8）的影响,峰值压力随初始温度的增加而逐渐下降,但却随H₂/Air混合比的增加而不断增大。利用该爆炸反应管成功制备出锐钛矿相和金红石相混晶纳米TiO₂粉体,随着初始环境温度的升高,所得产物中纳米TiO₂的晶粒度逐渐变大,且锐钛矿的含量减少;随着后处理温度的升高,晶粒度逐渐增大,锐钛矿的含量先缓慢增加,当煅烧温度为900℃时迅速转为金红石,由此说明锐钛矿向金红石转变的相变温度在700℃⁹00℃之间。（2）数值模拟研究密闭直管中预混H₂/Air的燃爆过程,发现其燃烧火焰的传播经历了球形火焰、指尖型火焰、接触壁面拉伸后的平面火焰以及“郁金香”火焰的变化过程,并与Clanet和Searby所提出的“四阶段”火焰基本吻合。管内同一截面内温度分布表现出:越靠近壁面,湍流涡运动越强,火焰温度越高,初步揭示了“郁金香”火焰面结构形成的原因,同时反映了壁面约束对火焰面结构的影响。点火条件（点火温度、点火面积和点火位置）的不同能影响点火域内H₂/Air预混气体初始燃烧模式和反应强度。其中,增加点火温度能明显提高预混气体分子的活化能和燃烧反应强度,改变点火面积直接影响初始燃烧速率以及热扩散和传递速率,而采用不同点火位置会使初始火核受到的壁面约束和诱导传播作用程度不同。初始条件的影响研究表明:初始温度和初始压力对管内峰值压力和平均流速影响明显,并呈现出负相关和正增长关系;管内最高温度在燃爆反应前和后期随初始温度的变化表现出截然相反的变化规律,而受初始压力的影响则不明显。管道尺寸效应影响密闭直管内预混气体燃爆特性的主要元素是管径和管长,“郁金香”火焰的出现会因管道截面的增大而延迟,湍流效应及漩涡运动诱导“郁金香”火焰形成的同时加快了燃烧反应速率,因此,管道截面尺寸越小,湍流加速形成“郁金香”火焰越早,管内最高温度也越高;而增加管长不仅增加了前导稀松波和燃烧火焰向右传播的路程,还使燃烧反应热向右端未燃气体的传递和扩散所需时间也延长了,因此,管内最高温度和峰值压力也就越低,上升速率也较慢。（3）预混H₂/Air燃烧火焰进入90°弯曲管道后,弯曲壁面的约束及诱导作用使火焰阵面发生畸变,燃烧面积突变产生附加湍流作用增强了火焰阵面的湍流度,并破坏了“V”型湍流火焰的对称结构;在90°弯曲管道上壁面的反射压缩波、下壁面的稀松波以及两壁面间压力波的多次反射叠加共同作用下,使管内湍流强度和燃烧反应速率得到增加,并且预混火焰越早进入90°弯曲管道,这种对其燃爆过程的特征参数的影响就越明显。“T”型分岔管道截面的突然扩张,分岔管道上壁面拐点的阻碍、扰动和反射作用,以及各壁面间压力波的多次反射、绕射作用,促使流场中预混H₂/Air燃烧火焰在该阶段的湍流度增加、燃烧反应速率和火焰传播速率也得到显著提升;而预混火焰传播过程中涡量变化的影响主要归咎于分岔管道上壁面拐点的阻碍扰动作用,而非管道截面的突扩诱导作用。变截面管道结构对预混H₂/Air燃爆特性的影响同样明显,尤其是扩张型管截面突扩诱导作用和收缩型管截面收缩阻挡作用,改变了管内预混火焰传播的动态结构以及火焰前锋的稀松波和预混气体流动方向,从而使管内温度场、压力场、速度场以及能量和涡量的变化均出现明显不同。