可燃性气体火灾与爆炸事故频有发生,爆炸极限是反映气体燃爆危险性的重要参数,其数值受温度、压力、惰性气体等因素的影响。在工业生产过程中,单元操作常常处于高温高压的环境中,其爆炸极限的确定难度大、实验安全性差、成果少,特别是理论预测长期无明显进展,缺乏完善的理论与系统的数据积累。针对高温高压气体爆炸极限的理论预测、数值方法和实验,本文取得如下主要创新性成果:以绝热火焰温度为基础,建立了高温高压下可燃气体爆炸极限的预测模型。通过极限绝热火焰温度确定、燃烧反应的热力学守恒以及最小自由能计算等,实现了可燃气体在高温高压条件下爆炸极限的数值预测,得到了不同温度和压力下可燃气体在空气、氧气、多元组分、惰性气体等多种环境气氛下的爆炸极限。数值预测与实验结果相吻合,证明了预测理论与数值方法正确可靠。建立了高温高压爆炸极限预测模型中热力学性质的计算模型,计算得到的绝对焓、绝对熵、生成焓及恒压热容等热力学参数与实验数据相吻合,证明计算模型具有可靠性。高温高压下气体热力学参数的数值结果表明:初始温度越低,压力的升高对气体热力学参数的影响越大,随着温度的升高,不同压力之间热力学参数的差距越来越小,这主要是由不同温度和压力下分子之间的作用力和体积效应的差异导致的。以烃类、含氧燃料为研究对象,根据绝热火焰温度与温度的无关性,数值预测了可燃气体爆炸下限随温度的变化规律,通过实验和比较,验证了高温爆炸下限预测理论和数值结果的可靠性。结果表明,单组分可燃气体爆炸下限随着温度的升高逐渐降低,但递减趋势与燃料种类密切相关。碳原子数越多,爆炸下限降低的趋势愈发平缓,当碳原子数相同时,含氧燃料中氢和氧的含量越低,爆炸下限下降的速率越慢。对于高温多元体系,随着温度的升高,爆炸下限均呈现线性递减,当爆炸下限相对较大的物质所占比例越高时,其爆炸下限下降的越快。对于燃料-氧气体系,温度的升高对可燃气体在氧气中的影响比在空气中更为显著,爆炸下限下降的速率更快,说明爆炸危险性更高。对含有惰性组分N₂的体系,在高温条件下,N₂组成的改变对混合物爆炸下限几乎无影响。提出了高温爆炸上限预测中的绝热火焰温度须考虑浓度这一重要观点,基于化学计量比处绝热火焰温度的概念,建立了高温爆炸上限绝热火焰温度随温度变化的数值计算方法,得到了C1-C4烷烃、C2-C3烯烃以及甲醇、乙醇在298K-473K温度范围内的上限绝热火焰温度,揭示了爆炸上限绝热火焰温度随温度的变化规律,为实现高温气体爆炸上限预测奠定了重要基础。根据获得的绝热火焰温度,基于爆炸极限预测模型,研究了典型烷烃、烯烃以及醇类的爆炸上限随温度的变化规律。结果表明,爆炸上限的预测值与实验值平均相对误差仅为0.84%,实现了高温气体爆炸上限的准确预测。对于高温多元体系,其爆炸上限均随温度呈现线性递增,当爆炸上限相对较大的物质所占比例越高时,爆炸上限上升的趋势越明显。对于含有惰性组分N₂的体系,随着N₂含量的增加,温度越高,爆炸上限下降的越快,当N₂含量一定且越高时,爆炸上限随温度的增大趋势越缓慢,说明温度的影响愈发不显著。通过对爆炸上限绝热火焰温度与压力相关性的讨论,分别建立了压力≤20bar时,烷烃、烯烃的上限绝热火焰温度随压力变化的数值模型,得到了C1-C4烷烃、C2-C3烯烃在不同压力下的上限绝热火焰温度,成为突破高压下爆炸上限理论预测的关键环节。基于绝热火焰温度,应用爆炸极限数值模型,探索了典型烷烃、烯烃爆炸上限随压力的变化规律。结果表明,爆炸上限预测值与实验值的平均相对误差为3.64%,实现了高压气体爆炸上限的准确预测。对于高压多元烷烃体系,其爆炸上限均随着压力的升高而逐渐增大,爆炸上限相对较大的物质所占比例越少时,爆炸上限上升的速率越快。对于含有惰性组分N₂的体系,随着N₂含量的增加,压力越高,爆炸上限下降的趋势越明显。当N₂比例一定且越高时,爆炸上限随压力的上升趋势越缓慢,说明压力影响越来越小。以烃类、含氧燃料为研究对象,建立了高温高压下爆炸下限绝热火焰温度的确定方法,基于爆炸极限理论模型对高温高压耦合条件下的气体爆炸下限进行了预测,探索了多种环境气氛下爆炸下限随温度和压力的变化规律。结果表明,燃料在空气与氧气中爆炸下限的预测均与本文实验结果相符,证明数值模型具有可靠性。高温条件下,随着压力升高,气体爆炸下限的下降速率要明显大于低温下,下降曲线斜率与燃料种类密切相关。碳原子数越多,爆炸下限随压力降低的趋势越平缓,当碳原子数相同时,含氧燃料中氧原子数越多,爆炸下限随压力下降的速率越快。对于多元混合体系,高温条件下,其爆炸下限均随压力的增大而逐渐降低,爆炸下限相对较大的物质所占比例越高时,无论压力如何,混合物的爆炸下限均呈现递增趋势。对于燃料-氧气体系,温度越高,压力越大,爆炸下限下降速率越快,温度和压力的升高对可燃气体在氧气中的影响比在空气中更显著,说明爆炸危险性更高。对于含有惰性组分N₂的体系,在高温条件下、考察的N₂比例范围内,无论压力如何,N₂的添加对混合物爆炸下限几乎无影响。