随着工业水平的快速发展,可燃气体和蒸气被广泛地应用于生产、储存和运输等环节中。然而,由此导致的爆炸事故也造成了巨大的人员伤亡和财产损失。因此,研究和分析此类物质的爆炸特性对预防爆炸事故具有重要意义。目前,国内外相关研究以实验测量可燃气体和蒸气的爆炸特性参数为主,且大多数实验均在宏观静止条件下进行,对流动状态下可燃气体和蒸气爆炸特性参数变化规律的研究不够充分。本文采用改进后的20 L球形爆炸容器测试系统,对甲烷、丙酮和正庚烷在宏观静止和流动状态下的爆炸特性参数进行了测量和计算,构造了拟合曲线对各参数变化规律进行分析,并对三种可燃物质的爆炸危险性和破坏性进行了评估,取得了一些有学术意义的研究成果:(1)实验研究了容器内初始真空度和流动状态对甲烷爆炸特性的影响。在0.2、0.4、0.6和0.8 bar的初始真空度下对不同浓度甲烷的爆炸特性参数进行测量。结果表明,随着初始真空度的降低,各工况下的爆炸压力及其上升率增大,相应的实验偏差度则减小。分别在宏观静止和流动状态下对不同浓度甲烷的爆炸特性参数进行测量。结果表明,随着浓度的增加,两种状态下甲烷的爆炸压力及其上升率均呈现先增大后减小的趋势,且最佳爆炸浓度(即危险程度最高的浓度)为11%。此外,流动状态下甲烷的最大爆炸压力小幅增加,最大爆炸压力上升率和爆炸指数则显著提高。(2)实验获得了宏观静止和流动状态下丙酮和正庚烷蒸气的爆炸特性参数,并对比分析了流动状态对两种蒸气爆炸特性的影响。分别在宏观静止和流动状态下对不同浓度丙酮和正庚烷蒸气的爆炸特性参数进行测量。结果表明,随着浓度的增加,两种状态下丙酮和正庚烷蒸气的爆炸压力及其上升率均呈现先增大后减小的趋势,且最佳爆炸浓度分别为6%和4%。此外,流动状态下丙酮和正庚烷蒸气的最大爆炸压力均小幅增加,最大爆炸压力上升率和爆炸指数则显著提高。(3)构造了拟合曲线对宏观静止和流动状态下测得的甲烷、丙酮和正庚烷爆炸特性参数变化规律进行分析,讨论了三种物质的爆炸危险性,并提供了预防爆炸发生的建议。结果表明,四阶多项式曲线可对三种物质的爆炸压力-浓度关系进行准确拟合,高斯曲线则可以准确地反映出三种物质爆炸压力上升率随浓度变化的规律。此外,两种状态下正庚烷蒸气的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升率和爆炸指数均大于甲烷和丙酮,证明正庚烷是三种物质中爆炸危险性和破坏性最高的。在生产、储存和运输可燃气体和蒸气时,需合理设计防爆容器,严格监测可燃物浓度,并避免其处于流动环境。