随着全球聚乙烯产能逐年增加,乙烯/聚乙烯混合爆炸风险急剧增大。充分理解混合爆炸火焰传播特性对于准确预测爆炸后果,制定有效的防护措施至关重要。混合爆炸是一个多相瞬态动力学过程,目前关于其发展规律的认知严重不足,特别是火焰传播特性及机理层面。基于此,本文立足于研究乙烯/聚乙烯混合爆炸火焰传播的动力学过程,建立描述混合爆炸火焰传播结构的物理模型,揭示火焰传播机理,以便从本质上构筑防止混合爆炸的安全对策。本文的主要结论如下:(1)乙烯/聚乙烯混合体系的爆炸下限浓度随着乙烯气体浓度的增加或者聚乙烯粉尘粒径的减小而减小,但是由于小粒径聚乙烯粉尘粒子间存在严重的团聚/结块效应,导致<75μm聚乙烯混合物的爆炸下限高于75–100μm。<75μm聚乙烯混合爆炸火焰前沿由形状不规则的漂浮火焰构成;随着聚乙烯粉尘粒径增大,火焰前沿结构连续性增强。然而随着乙烯气体浓度增加,火焰前沿则变得暗淡且不连续。(2)混合爆炸火焰传播速度随着乙烯气体浓度的增加或者聚乙烯粉尘粒径的减小而增大,随着粉尘质量浓度的增加先增大后减小。火焰传播速度的脉动现象随着乙烯气体浓度的增加而逐渐消失,表明火焰传播机制由热解/挥发控制转变为燃烧动力学控制。(3)在乙烯气体浓度较低时,随着粉尘质量浓度增加,粒径分布较小的聚乙烯(<100μm)混合爆炸火焰的最高温度先增大后减小,而粒径分布较大的聚乙烯混合物小幅度变化。随着乙烯气体浓度增加,混合爆炸火焰的最高温度增大,并且粒径分布对于最高温度的影响减小。(4)建立了乙烯/聚乙烯混合爆炸火焰传播机理的物理模型,将火焰阵面传播结构划分为未燃区、预热区、小粒子热解区、预混火焰区、大粒子热解区和粉尘火焰区;并将混合爆炸划分为四种不同的爆炸机制,即不爆炸、协同爆炸、粉尘驱动混合爆炸和气体驱动混合爆炸。在乙烯气体浓度较低时,大粒子热解区和部分预混火焰区会被粉尘火焰区覆盖,混合爆炸火焰传播由粉尘爆炸驱动;随着乙烯气体浓度增加,大粒子热解区和预混火焰区分离,形成独立的预混火焰,混合爆炸转变为气体爆炸驱动火焰传播,即使乙烯气体浓度低于其爆炸下限。