工业生产中可燃性气体爆燃引起的潜在爆炸危险是工程设计时必须要考虑和解决的现实问题。当潜在爆炸危险没有得到妥善处理时,无论是对人员伤亡、财产损失还是设备损坏,其后果都是灾难性的。泄爆作为公认和使用最为广泛的有效防爆策略之一,是工业防爆中一个重要的研究课题。另外,氢气作为一种来源广泛、清洁低碳、灵活高效的可再生能源,有望在引领人类向更可持续的低碳能源过渡方面发挥关键作用。开展氢气泄爆实验,加强氢气泄爆机理研究与技术开发,建立氢泄爆实验基础数据,为开发用于实际工业生产及生活中可能出现的风险和危害研究的预测方法提供理论基础,从而制定出更为全面的氢泄爆安全标准,对实现氢安全和氢经济具有重要意义。为了深入研究氢气泄爆特性,本文基于自行设计和搭建的管道氢气泄爆实验平台,通过改变泄爆系数、氢气浓度和障碍物,开展了一系列贫氢泄爆实验。实验中通过高速摄像和纹影光学技术记录管道内外部流场及火焰行为,通过压力采集系统记录管道内部及泄口外部压力动态过程,研究并揭示了管道氢泄爆过程中内外流场特性及其相互作用、内外部压力上升特性和超压峰值形成机理。本文研究内容具体如下:其一,进行了无障碍物下不同泄爆系数、不同氢气浓度的空管道贫氢泄爆实验。研究发现,随着泄口打开,泄口外流场中会出现2类典型超压峰值Pex1和Pex2。前者是由泄爆膜片破裂时,容器内部热燃烧产物挤压未燃烧气体形成的向外传播的压力波引起的。后者则是由管道内部火焰传播至泄口处点燃先前排出的未燃烧混合物于泄口外形成的可燃气云由此产生的压力波造成的。对于容器内部压力动态而言,泄爆系数与氢气浓度对其影响是巨大的。在泄口直径68.0 mm的泄爆实验中,管道内部压力历时曲线出现了3类典型超压峰值PV、Phel和P3。其中PV的形成与泄口的打开相关;Phel的形成与容器内部发生的亥姆霍兹振荡相关;P3则是火焰传播至传感器PT2处时因火焰失稳导致燃烧反应加剧、局部压力上升造成的。随着泄口直径减小、氢气浓度升高,外部可燃气云燃烧对内部压力动态的影响逐渐增强。如在泄口直径34.0 mm的泄爆实验中,仅观察到除与泄口打开相关的超压峰值PV外的另一超压峰值Pex,其形成与泄口外可燃气云的燃烧相关。对比无障碍物下不同试验工况中峰值大小发现:峰值PV与容器内最大超压Pmax随氢气浓度的升高而升高,随着泄口面积的升高而减小。泄口外峰值Pex2随氢气浓度的升高而升高。低浓度时,泄口面积对Pex2影响较低,随着氢气浓度逐渐升高,Pex2随着泄口面积的减小逐渐增大。其二,进行了有障碍物下不同泄爆系数、不同氢气浓度的贫氢泄爆实验。通过与无障碍物下空管道的贫氢泄爆实验现象及规律的对照,揭示障碍物的引入对管道氢泄爆带来的影响。研究发现,障碍物的存在使得容器内部出现新的峰值PObs,且峰值PObs在内部最大超压占据主导地位,并随着氢气浓度的升高,其主导地位愈强。在泄口直径68.0 mm的泄爆实验中,管道内部出现4类典型超压峰值PV、Phel、PObs和Pex。随着泄口面积减小、氢气浓度升高,超压峰值Phel逐渐消失,而超压峰值PObs和Pex则逐渐耦合成为一个更大的峰值P5。泄口外流场中同样存在2类典型超压峰值Pex1和Pex2。对比障碍物下不同实验工况中超压峰值大小发现:峰值PV与容器内部最大超压Pmax随着氢气浓度的升高而升高,随着泄口面积的升高而减小。峰值Pex2随着氢气浓度的升高而升高。而泄口面积对其大小有着正反两面的影响:一方面,泄口直径的减小使排出气体出流速度增加,泄口外流场的湍流强度随之增强,Pex2增大;另一方面,排出气体出流速度的增加使得未燃气体在泄口外传播距离增加,外界空气对排出的未燃烧气体稀释作用增强,可燃气云的氢气浓度降低,Pex2减小。