氢能,一种未来可再生的清洁能源,受到国内外的广泛研究。由于氢气的燃烧范围广、点火能量低和燃烧速率快等特点,因此,氢气又被认为最危险的气体之一。一旦氢气发生偶然的燃烧爆炸,就会对生命和财产造成重大的威胁。泄爆技术是一种有效保护财产和生命不受威胁的手段之一。本文主要通过实验方法探究氢气浓度、泄口面积、阻塞比以分别与障碍物组合效应对氢气/空气预混气体燃烧爆炸特性影响的研究。具体地,通过纹影技术捕捉火焰图像,开展对火焰动力学传播特性的分析研究。通过压力传感器采集的压力曲线,开展对压力动态特性的分析研究。结合纹影技术捕捉到的火焰图像发现,无障碍物条件下容器内部火焰演化经历四个火焰形态,分别为手指形火焰面、平面火焰面、Tulip火焰面以及Distorted-Tulip火焰面。就手指形火焰前锋而言,其火焰前锋的褶皱形态主要归功于热扩散不稳定性和分子扩散不稳定的影响。在Tulip火焰之后的火焰面褶皱还需要归功于Distorted-Tulip火焰的演化发展。在障碍物情况下,由于火焰面受到障碍物诱导的反射波影响,火焰呈上凸下凹的形态向前传播。火焰通过障碍物后,由于障碍物诱导可燃气体形成湍流,从而导致火焰不稳定性的形成。在贫氢气浓度范围内,火焰传播速度随着氢气浓度的增加而增加。在有障碍物情况下,同一氢气浓度下的火焰传播速度也会随着时间增加而增加。同时,根据实验结果发现火焰传播速度的大小深受障碍物阻塞比的影响,这主要归功于障碍物诱导可燃气体形成湍流和改变火焰燃烧速度的综合影响。通过压电式压力传感器采集到的压力发现,无障碍物条件下,容器内部有两个压力峰的形成。其中,一个压力峰P1的形成主要是由破膜压力的影响。这是归功于在破膜前容器内部仅受气体燃料燃烧生成速率的影响,导致压力上升。在破膜之后,受到泄放口排气的影响,导致压力开始下降。另外一个压力峰P2的形成主要归功于声波-容器结构的相互作用。在贫氢气浓度范围内,压力峰P1的大小随着氢气浓度的增加而单调增加,其对应的压力上升速率也相应增加。然而,氢气浓度的改变对压力峰P2几乎没有任何影响。泄口面积对容器内部超压的影响具有不可忽略的作用。随着泄口面积的增加,容器内部最大压力开始减小,直至泄口面积增大到一定临界值时,容器内部最大压力甚至可以减小90%以上。因此,泄口面积的参数设计对泄爆技术至关重要。在有障碍物情况下,容器内部会呈现三个压力峰。其中,第三个压力峰P3主要由障碍物诱导。障碍物提高障碍物下游未燃气体湍流强度以及火焰形态的改变,导致燃烧速率瞬间增加,进而造成燃烧气体率大于气体排放速率,容器内部压力再次上升,最终形成压力峰P3。压力峰P3先随障碍物阻塞比的增大而增大,而后随障碍物阻塞比进一步增大而减小。然而,障碍物阻塞比对压力峰P1、P2几乎没有影响。障碍物和氢气浓度的组合效应对压力峰P3的影响明显高于对压力峰P1的影响。压力峰的数量受到泄口面积和障碍物的综合作用的影响。当泄口面积减小到临界值时,压力峰P1和压力峰P3相互耦合形成一个更大的压力峰P的形成,从而导致容器内部呈现两个压力峰的压力形态。