在可燃气体的输送、贮存、加工和使用过程中，如果由于向大气泄漏而形成的可燃气体与空气混合物被意外地点燃，就发生气云爆炸。气云爆炸已造成了巨大的人员伤亡和财产损失。据统计，在石油化工、塑料、橡胶合成及天然气等行业，可燃气云爆炸在事故总数中所占的比例分别高达46％、42％和60％，而且单次事故所造成的危害大大高于其它事故。 弱点火气云爆炸的实验研究基本上是针对某些特定工况的试验结果，未能通过归纳总结得出某种规律。工程中主要应用TNT当量法，然而它属于经验型模型，仅适用于对远场的粗略估计；在理论上，自相似方法是过度简化了的稳态燃烧模型；TNO多能模型虽然比较合理，但应用时还带有很强的主观性；数值模拟方法主要对流体力学方程进行求解，化学反应动力学和障碍物附近的湍流方程仍是学术界的热点问题。这方面的研究工作还远未完善。 本文的研究思路是，在理论上，把气云爆燃过程分成两个过程进行考虑：一个是可燃气体混合物在燃烧过程中体积膨胀，从而推动外侧空气运动，即燃烧过程是空气中压力波传播的推动力，这个过程可以通过对能量方程采用几何微元法和能量均匀加入法进行求解；另一个是火焰外侧的压力波传播过程，这个过程是一个纯粹的气体动力学问题，可以通过气体动力学方程求解。在实验上，利用乙炔-空气为介质进行气云爆炸实验，对无约束开敞空间气云爆炸的压力场、气云外平板型障碍物上的压力分布进行较为系统的研究，探讨气云内障碍物对爆炸压力的加强作用。实验的目的，其一是通过对实验结果进行整理与分析，得到基本规律；其二是对理论计算结果进行验证。论文的主要工作和结论如下。 以半球形气云为研究对象，建立了无约束气云爆炸的物理模型，通过气体动力学、热力学和燃烧物理学分析，得到计算气云爆炸压力的数学模型，通过对动量方程和质量方程积分的方法，得到了爆炸场的基本计算式为 建立气云爆炸实验系统，进行了乙炔-空气气云的爆炸实验。在这个过程中，主要解决了两个难题。第一，由于气云爆炸实验具有较大的危险性，所以首先要解决安全问题。为此建立了一个四千余平方米的野外气云爆炸实验基地，基地内有各种安全防护措施。第二，气云爆炸是个极快的过程，通常在几十毫秒内完成，所以对压力测试的要求较高。为此，本文设计了山压力变送器、＊D转换卡、数据采集卡、计算机和电火花点火装置组成的同步实时测试系统。系统的动态响应时间小于千分之一秒，测试精度为0．5级。 （1）对无约束半球形气云爆炸过程进行了较系统的实验研究。通过对实验数掘进行回归处理和方差分析，得到了无约束气云爆炸压力的基本规律 ＾。。丛 p＝A“ 厂即爆炸压力与气云半径的平方成正比，与离开半球形气云球心的距离成反比。 N）迎过几何微元法，利用能量均匀加入模型求解了爆燃过程的能量方程，再根据压力波传播过程的质量守恒方程和动量守恒方程的积分结果，编制了无约束气云爆炸过程的计算程序．根据计算结果，分析了可燃气云爆炸产生的压力场。结果表明，气云直径越大，相同无量纲距离或对比距离处，气云爆炸压力越大，影响范围也越广。经实验检验，在本文实验范围内计算结果与实验结果的偏差不大于20％。本文计算模型可用于进行更大规模的无约柬气云爆炸压力的预测。 （5）在上述基础上，利用压力波的反射原理，研究气云边界外有平板形隙碍物时的爆炸压力分布场，获得平板上压力分布与无约柬气云爆炸压力之间的关系 6邮［＿2。 纫。＝（l＋cos＃；汹尸，＋——cos“4， 八尸＋7凡讨论了平板形障碍物上的压力分布以及平板布置对爆炸场的影响。 （6）对气云外界的平板形障碍物与可燃气云爆炸压力的相互作用进行了较为系统的实验研究，通过曲线拟合和方差分析获得了平板上的压力分布与气云半径、平板距气云中心的距离以及平板上点的坐标之问的关系 ＿2 k—。。JIt．—＿．H ＼““0 凸D“＝All＋ COS O．）“ 厂 （7）气云内部障碍物对气云爆炸强度的影响很复杂，它涉及到障碍物的形 互且 状、尺寸、位置以及多个障碍物之间的nl互作用等。本文在这方面也做了探讨 性研究，力求对进一步研究提供基础和思路。利用气体动力学方程组，爿。引入 障碍物扰动因子，建立了内部有障碍物的气云爆炸压?