初始温度对甲烷-空气爆炸压力影响的试验研究 .pdf

ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００１-８３５２. ２０１６. ０３. ００６ 初始温度对甲烷-空气爆炸压力影响的试验研究 ❋ 高 娜① 胡毅亭① 张延松② ①南京理工大学化工学院江苏南京，２１００９４ ②中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆，４０００３７ [摘 要] 借助特殊环境 ２０ Ｌ 爆炸特性测试系统,研究了初始温度对甲烷-空气爆炸压力的影响,初始压力为 ０. １ ＭＰａ,初始温度变化范围为 ２９８ ４７３ Ｋ 结果表明,甲烷-空气爆炸的最大爆炸压力随初始温度的升高而降低,初始 温度由 ２９８ Ｋ 升高到 ４７３ Ｋ,最大爆炸压力由 ０. ７８３ ３ ＭＰａ 下降到 ０. ５０１ ２ ＭＰａ,下降幅度为 ３５. ８９％ 初始温度的 升高加快了反应速率,缩短了最大爆炸压力到达时间,由 ２９８ Ｋ 时的 １２７. １ ｍｓ 缩短到 ４７３ Ｋ 时的 ８５. ０ ｍｓ 初始温 度升高,甲烷-空气最大爆炸压力的上升速率ｄｐ/ ｄｔｍａｘ呈上升趋势 当初始温度由 ２９８ Ｋ 上升至 ４７３ Ｋ 时,ｄｐ/ ｄｔｍａｘ升幅并不大,仅为９. １６％；爆炸特征值 ＫＧ不断增大,其爆炸危险性也随之增大 从反应开始到到达最大爆炸 压力这段时间内,爆炸压力上升速率的变化在一定程度上可以反映甲烷-空气爆炸反应速率的变化情况 [关键词] 初始温度；甲烷-空气；最大爆炸压力；压力上升速率；最大压力到达时间 [分类号] ＴＤ７１２；Ｘ９３２ 引言 煤层气的主要成分为甲烷,含量体积分数约 为 ９５％,还含有少量的乙烷、二氧化碳、氮气、氦气、 氢气等[１] 煤层气的抽采利用,不仅降低了矿井瓦 斯浓度,从而有效减少瓦斯爆炸事故,还可以作为一 种清洁的非常规能源走进人们的生活[２-３] 随着能 源需求的持续增长和安全要求的逐渐提高,中国对 煤层气开发利用的重视程度逐渐提高[４-５] 在煤层 气的开发利用过程中,由于工艺要求,往往使煤层气 处于高温高压等特殊条件下[６]；而在煤层的深度开 采过程中,瓦斯也往往处于非常温常压的状态,若发 生事故,将造成严重的后果 因此,研究特殊条件下 甲烷的爆炸特性,对于评估煤层气利用的安全性及 指导煤炭的安全生产都具有重要的意义 初始温度是影响甲烷爆炸的重要条件之一,初 始温度改变,甲烷的爆炸特性也将随之变化 国内 外学者针对初始温度对甲烷爆炸反应的影响进行了 一些研究[７-１４],然而,在不同试验条件下,甲烷的爆 炸特性试验数据至今仍不够完备 Ｃａｓｈｄｏｌｌａｒ 等[７] 在不同容积爆炸罐中测定了不同甲烷浓度下的甲烷 爆炸压力及压力上升速率,试验表明,压力上升速率 受爆炸容器体积的影响较大 Ｇｉｅｒａｓ 等[８]在 ４０ ｄｍ３ 爆炸罐中试验研究了不同初始温度下甲烷浓度对甲 烷爆炸压力及压力上升速率的影响,建立了甲烷最 大爆炸压力与初始温度之间的直线关系 目前为 止,国内的相关研究还很少,李润之等[１３]在 ２０ Ｌ 爆 炸罐中试验测定不同初始温度条件下瓦斯爆炸压力 及最大压力上升速率,然而其仅对试验结果进行了 描述性总结,并未进行深入的探讨 为了进一步探讨初始温度对甲烷爆炸特性的影 响,本文研究不同初始温度条件下,基于特殊环境 ２０ Ｌ 爆炸特性测试系统的试验数据,分析初始温度 与甲烷爆炸压力、压力上升速率等的关系,并探讨其 影响原因 １ 试验方法 特殊环境 ２０ Ｌ 爆炸特性测试系统主要包括爆 炸罐体、配气系统、抽真空系统、点火系统、加热系 统、测试系统、控制系统和数据采集系统 图 １ 为该 测试系统的主要部分 控制系统通过分析压力和温 度传感器采集的数据,来控制加热系统和配气系统, 并控制点火系统在罐体中心对气体进行点火操作 系统主要通过爆炸罐体内最底部的加热丝和爆炸罐 体夹层中循环的被加热的导热油来完成对试验气体 的加热操作 压力数据的采集频率为 ５ ０００ Ｈｚ 试验中的初始温度变化范围为 ２９８ ４７３ Ｋ,环 境温度范围为 ２８９ ３０３ Ｋ,环境相对湿度在 ６０％ ９０％之间 在试验条件下,依次对罐体进行抽真空,按体积 .６２. 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４５ 卷第 ３ 期 ❋ 收稿日期２０１５-１１-１６ 作者简介高娜１９８６ － ,女,博士,主要从事气体爆炸方面的研究 Ｅ-ｍａｉｌｇａｏｎａ ｍｘｄ＠１６３. ｃｏｍ 图 １ 特殊环境 ２０ Ｌ 爆炸特性测试系统的主要部分 Ｆｉｇ. １ Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐａｒｔ ｏｆ ２０ Ｌ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ 分压充入甲烷及空气,并静置约 ５ ｍｉｎ,以使甲烷和 空气充分混合 利用红外甲烷传感器对罐体内混合 气体的浓度进行检测,若连续 ３ 次检测到的浓度均 为试验设定值,则认为配气完成 爆炸前,罐体内可 燃混合气体均处于静止状态 将混合气体加热至试 验温度,并利用高能电火花能量发生器产生的电火 花对试验气体进行点火,点火能量均为 １０ Ｊ ２ 最佳摩尔分数的确定 在甲烷爆炸反应中,化学计量浓度 Ｃｓ就是化学 反应式中能被氧气完全氧化为 ＣＯ２和 Ｈ２Ｏ 的甲烷 在空气中的摩尔分数 理论上,此摩尔分数时反应 完全,燃烧速率最大,且放热最多 甲烷-空气混合 气体完全氧化反应可以写为 ＣＨ４＋２Ｏ２＋３. ７７３Ｎ２ ＝ ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ ＋ ７. ５４６Ｎ２１ 根据此反应式,可求得化学计量浓度为 Ｃｓ＝ １ １ ＋２ １ ＋３. ７７３ １００％ ＝９. ４８％ 然而在甲烷-空气的实际反应中,由于反应物并 不能反应完全,且反应产物可能产生离解及其他反 应,反应时燃烧速率最大且放热最多时的甲烷摩尔 分数高于其化学计量浓度 甲烷与空气混合物的燃 烧速率和放热量均随着甲烷摩尔分数的变化而改 变,当甲烷摩尔分数达到一定值时,其基本燃烧速率 达到极值,这时的甲烷摩尔分数为最佳值 在最佳 值时,甲烷爆炸的威力最大,破坏效应最严重 要深 刻认识甲烷爆炸的危险性,就需要研究最佳摩尔分 数时甲烷的爆炸特性 一般情况下,可燃气体和空 气混合物中甲烷的最佳摩尔分数为其化学计量浓度 的 １. １ １. ５ 倍 通过改变常温常压条件下反应中甲烷的摩尔分 数,确定最高的甲烷最大爆炸压力,此时的摩尔分数 即为此试验系统中甲烷的最佳摩尔分数 最大爆炸 压力与甲烷摩尔分数的关系如图 ２ 所示 由图 ２ 可 知,甲烷摩尔分数为 １０. １％ 时,甲烷最大爆炸压力 的值最大 因而,在本文的试验系统中,甲烷的最佳 摩尔分数为 １０. １％ 在甲烷爆炸压力的测定中,甲 烷的摩尔分数均设定为 １０. １％ 图 ２ 常温常压下甲烷最大爆炸压力与摩尔分数的关系 Ｆｉｇ. ２ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｍｏｌｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ ａｔ ｎｏｒｍａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ３ 初始温度对甲烷-空气爆炸压力的影响 ３. １ 甲烷-空气最大爆炸压力 图 ３ 为 ２９８ Ｋ 和 ４７３ Ｋ 时甲烷爆炸压力随反应 时间的变化曲线 由图 ３ 可知,爆炸压力在经过一 段延迟时间后,迅速上升到最高值,随后缓慢下降 初始温度改变,最大爆炸压力及最大爆炸压力到达 时间均改变 甲烷最大爆炸压力由 ２９８ Ｋ 时的 ０. ７８３ ３ ＭＰａ 下降为 ４７３ Ｋ 时的 ０. ５０１ ２ ＭＰａ,即温 度升高 １００ Ｋ,最大爆炸压力下降了 ３５. ８９％ 这是 因为在其他条件不变的情况下,初始温度的升高减 少了单位体积内甲烷-空气混合气体的物质的量,从 而减少了反应放出的热量 图 ３ 甲烷爆炸压力曲线 Ｆｉｇ. ３ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ 图 ４ 给出了 ２９８ ４７３ Ｋ 内,甲烷最大爆炸压力 本文试验结果和文献[８]研究结果及最大爆炸压 力到达时间随初始温度的变化曲线 文献[８]得到 的最大爆炸压力均高于本文试验值,这是由于１ 甲烷初始浓度不同；２文献[８]中的爆炸容器为非 球形,在反应过程中会产生压力叠加的现象 但本 .７２.２０１６ 年 ６ 月 初始温度对甲烷-空气爆炸压力影响的试验研究 高 娜,等 文与文献[８]中最大爆炸压力随初始温度的变化趋 势相同 图 ４ 最大爆炸压力及最大爆炸压力 到达时间随初始温度的变化曲线 Ｆｉｇ. ４ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｒｒｉｖａｌ ｔｉｍｅ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ 由图 ４ 可知,随着初始温度的升高,甲烷最大爆 炸压力逐渐降低,最大爆炸压力到达时间缩短 ２９８ Ｋ 时,从反应开始到到达最大爆炸压力经历了１２７. １ ｍｓ,而当温度升高到４７３ Ｋ 时,所需的反应时间仅为 ８５. ０ ｍｓ,缩短了 ３３. １％ 低于 ４２３ Ｋ 时,初始温度 升高使最大爆炸压力到达时间明显缩短；高于 ４２３ Ｋ 后,最大爆炸压力到达时间的降低明显变缓 最 大爆炸压力到达时间与反应速率直接相关,而反应 速率受温度的影响较大 根据 Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ 理论,温度的升高增加了反应系 统的内能,使其中活化分子数增多,且分子运动速度 也随之加快,有效碰撞增加,因而反应速率加快,加 速了氧化反应向快速的燃烧爆炸反应阶段的转化, 从而缩短了最大爆炸压力到达的时间 但是,必须 要经过一定的反应时间,爆炸压力才能到达最大值, 因而,最大爆炸压力到达时间不可能无限地缩短 ３. ２ 甲烷-空气最大爆炸压力上升速率 压力上升速率是衡量燃烧速率的标准,其主要 与燃烧速率和反应容器体积 Ｖ 有关 根据立方根 定律[１５] ｄｐ ｄｔ ｍａｘ.Ｖ １ ３ ＝ ＫＧ２ 最大压力上升速率与反应器容积直接关系到可 燃混合气体爆炸特征值 ＫＧ的大小,而 ＫＧ可以用来 评价可燃混合气体的爆炸危险程度 根据爆炸压力 变化曲线,绘制压力上升速率随反应时间的变化曲 线,由该曲线的峰值,确定该温度条件下的最大压力 上升速率 图 ５ 为 ２９８ Ｋ 和 ４７３ Ｋ 时甲烷-空气爆 炸反应的压力上升速率随反应时间的变化曲线,其 直观地反映了在反应进行过程中,压力上升速率的 变化情况 ａ２９８ Ｋ ｂ４７３ Ｋ 图 ５ 甲烷爆炸压力及压力上升速率变化曲线 Ｆｉｇ. ５ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｉｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ 表 １ 给出了不同初始温度条件下甲烷-空气爆 炸反应中的最大压力上升速率ｄｐ/ ｄｔｍａｘ和爆炸特 征值 ＫＧ 由表１可知,最大压力上升速率在试验温度范 围内随温度升高呈上升趋势,但变化幅度并不是很 表 １ 不同初始温度下最大爆炸压力上升速率及爆炸特征值 Ｔａｂ. １ Ｒｉｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｖａｌｕｅ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｔ０/ Ｋ２９８３２３３４８３７３３９８４２３４４８４７３ ｄｐ/ ｄｔｍａｘ/ ＭＰａ.ｓ －１ １９. １０１９. ３５１９. ５１２０. ０１２０. ２２２０. ３８２０. ６７２０. ８５ ＫＧ/ ＭＰａ.ｍ.ｓ －１ ５. １８５. ２５５. ３０５. ４３５. ４９５. ５３５. ６１５. ６６ .８２. 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４５ 卷第 ３ 期 大,爆炸特征值也逐渐增大,爆炸危险性有所增加 甲烷燃烧速率的大小取决于甲烷与氧的化学反 应速率和接触混合速率 在试验温度范围内,接触 混合速率可认为变化不大,所以甲烷燃烧速率主要 取决于甲烷与氧的化学反应速率 因此,作为衡量 燃烧速率的标准,压力上升速率在一定程度上可以 反映甲烷爆炸反应的反应速率,尤其是从反应开始 到到达最大爆炸压力这段时间内 由图 ５ 可以看 出,随着初始温度的升高,最大压力上升速率的到达 时间缩短,且压力变化趋于平稳的时间也缩短 也 可以认为是甲烷爆炸反应在更短的时间内达到最大 的反应速率,反应放热速率也相应增大,导致反应在 此阶段更加危险 在试验中,压力的变化还受到压 力的升高、壁面反射波等因素的影响,故压力上升速 率的变化不能完全等同于反应速率的变化 ４ 结论 运用特殊环境 ２０ Ｌ 爆炸特性测试系统,在最佳 甲烷摩尔分数下,分析初始温度的升高对甲烷-空气 混合物爆炸压力的影响,主要得到以下结论 １随着初始温度的升高,甲烷-空气爆炸的最大 爆炸压力降低 ４７３ Ｋ 时的最大爆炸压力较之 ２９８ Ｋ 时降低了 ３５. ８９％ ２最大爆炸压力到达时间与反应速率密切相 关,反应速率越快,到达时间越短 因此,最大爆炸 压力到达时间随初始温度的升高而缩短,从 ２９８ Ｋ 时的１２７. １ ｍｓ,缩短到４７３ Ｋ 时的８５. ０ ｍｓ 缩短的 反应时间,对安全防护强度提出了更高的要求 ３从反应开始到到达最大爆炸压力这段时间 内,压力上升速率的变化在一定程度上可以反映甲 烷-空气爆炸反应速率的变化情况 随着初始温度 的升高,最大压力上升速率呈上升趋势,其爆炸特征 值 ＫＧ也不断增大,甲烷-空气的爆炸危险性也随之 增大 参 考 文 献 [１] ＧＵＮＴＥＲ Ｗ Ｄ, ＧＥＮＴＺＩＳ Ｔ, ＲＯＴＴＥＮＦＵＳＳＥＲ Ｂ Ａ, ｅｔ ａｌ. Ｄｅｅｐ ｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ ｉｎ Ａｌｂｅｒｔａ, Ｃａｎａｄａａ ｆｕｅｌ ｒｅ- ｓｏｕｒｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｚｅｒｏ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｇａｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ [Ｊ]. Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ, １９９７, ３８ Ｓ２１７-Ｓ２２２. [２] ＫＡＲＡＣＡＮ Ｃ , ＲＵＩＺ Ｆ Ａ, ＣＯＴ Ｍ, ｅｔ ａｌ. Ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｍｅｔｈａｎｅ ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ｗｉｔｈ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｔｏ ｍｉｎｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｔｏ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｇａｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ [Ｊ]. Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｇｅｏｌｏｇｙ, ２０１１, ８６２/ ３ １２１-１５６. [３] 李志凯,秦张峰,吴志伟,等. 煤层气治理与利用技术 研究开发进展[Ｊ]. 燃料化学学报,２０１３,４１７７８７- ７９６. ＬＩ Ｚ Ｋ, ＱＩＮ Ｚ Ｆ, ＷＵ Ｚ Ｗ, ｅｔ ａｌ. Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅ- ｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ ｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ [ Ｊ ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｕｅｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ, ２０１３, ４１７７８７-７９６. [４] 国家发展和改革委员会. 煤层气煤矿瓦斯开发利用 “十一五”规划[Ｚ]. 北京国家发展和改革委员会, ２００６. [５] 国家发展和改革委员会. 煤层气煤矿瓦斯开发利用 “十二五”规划[Ｚ]. 北京国家发展和改革委员会, ２０１１. [６] 周福勋,赵建涛,张磊,等. 含氧煤层气流化床催化燃 烧脱氧特性研究[Ｊ]. 燃料化学学报, ２０１３,４１５ ５２３-５２９. ＺＨＯＵ Ｆ Ｘ, ＺＨＡＯ Ｊ Ｔ, ＺＨＡＮＧ Ｌ, ｅｔ ａｌ. Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｏｘｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ-ｂｅａｒｉｎｇ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｍｅｔｈａｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ ｒｅａｃｔｏｒ[Ｊ]. 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Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｍｅｔｈａｎｅ-ａｉｒ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒ Ｎｏｒｍａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｉｎｉｔｉａｌ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ＧＡＯ Ｎａ①, ＨＵ Ｙｉｔｉｎｇ①, ＺＨＡＮＧ Ｙａｎｓｏｎｇ② ①Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ, Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｎａｎｊｉｎｇ, ２１００９４ ②Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＣｈｏｎｇｑｉｎｇ,４０００３７ [ＡＢＳＴＲＡＣＴ] Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ-ａｉｒ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｗａｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｒｏｍ ２９８ Ｋ ｔｏ ４７３ Ｋ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｉｎｉｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ０. １ ＭＰａ. Ｅｘｐｅｒｉ- ｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ａ ｃｌｏｓｅｄ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ２０ Ｌ ｖｅｓｓｅｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｔ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ, ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｈｅａｔ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｇａｓ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ-ａｉｒ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｉｓｅ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ. Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｒｏｍ ２９８ Ｋ ｔｏ ４７３ Ｋ, ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐｓ ｆｒｏｍ ０. ７８３ ３ ＭＰａ ｔｏ ０. ５０１ ２ ＭＰａ, ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ３５. ８９％. Ｈｉｇｈｅｒ ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ, ｓｏ ｔｈｅ ｒｅａｃｈ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｓ ｓｈｏｒｔｅｎｅｄ ｆｒｏｍ １２７. １ ｍｓ ａｔ ２９８ Ｋ ｔｏ ８５. ０ ｍｓ ａｔ ４７３ Ｋ. Ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｎｇｅ, ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｉｓｅ ｒａｔｅ ｄｐ/ ｄｔｍａｘｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｔ ｅｌｅｖａｔｅｄ ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ, ｂｕｔ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｓ ｎｏｔ ｌａｒｇｅ, ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｎｌｙ ９. １６％. Ｓｏ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｅｉｇｅｎ ｖａｌｕｅ ＫＧａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ. Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｉｏｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｒｅａｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ, ｔｈｅ ｒｉｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ, ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｘｔｅｎｔ, ｃａｎ ｒｅｆｌｅｃｔ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎｅ-ａｉｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ. [ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ] ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ； ｍｅｔｈａｎｅ-ａｉｒ ｍｉｘｔｕｒｅｓ； ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ； ｒｉｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ； ｒｅａｃｈ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ 􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒􀤒 上接第 ２５ 页 ＷＡＮＧ Ｓ Ｐ. Ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｐ-ｐｒｅｓｓ-ｌｏａｄｉｎｇ ｃｈａｒｇｅｓ[ Ｊ].Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ ＆ Ｐｒｏｐｅｌ- ｌａｎｔｓ, ２００６,２９２２３-２５. [９] 梁增友. 炸药冲击损伤与起爆特性[Ｍ]. 北京 电子 工业出版社, ２００９. [１０] ＫＲＺＥＷＩＮＳＫＩ Ｂ, ＢＬＡＫＥ Ｏ, ＬＩＥＢ Ｒ, ｅｔ ａｌ.Ｓｈｅａｒ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｈｅａｒ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ ａｎｄ ｐｒｏ- ｐｅｌｌａｎｔｓ[Ｃ] / / Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １２ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ. Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ, Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ, ＵＳＡ, ２００２１５４８-１５５６. [１１] ＦＩＥＬＤ Ｊ Ｅ, ＰＡＬＭＥＲ Ｓ Ｊ Ｐ, ＰＯＰＥ Ｐ Ｈ, ｅｔ ａｌ. Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＰＢＸ’ｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｄｕｒｉｎｇ ｄｒｏｐ ｗｅｉｇｈｔ ｔｅｓｔｓ[Ｃ] / / Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ８ｔｈ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＤｅｔｏｎａｔｉｏｎＳｙｍｐｏｓｉｕｍ.Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ, Ｎｅｗ Ｍｅｘｉｃｏ, １９８５ ６３５-６４４. Ｉｇｎｉｔｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｓｔｅｐ Ｐｒｅｓｓ Ｌｏａｄｉｎｇ Ｃｈａｒｇｅ ｕｎｄｅｒ Ｉｍｐａｃｔ Ｌｏａｄｉｎｇ ＱＵ Ｋｅｐｅｎｇ, ＷＡＮＧ Ｘｉａｏｆｅｎｇ, ＨＥ Ｃｈａｏ,ＷＡＮＧ Ｓｈｉｙｉｎｇ Ｘｉ’ａｎ Ｍｏｄｅｒｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｘｉ’ａｎ,７１００６５ [ＡＢＳＴＲＡＣＴ] Ｉｍｐａｃｔ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｕｓｉｎｇ ｄｒｏｐ ｈａｍｍｅｒ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｉｍｐａｃｔ ｔｅｓｔｓ, ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｓｔｅｐ ｐｒｅｓｓ ｌｏａｄｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｓａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ, ｕｎｉｆｏｒｍ ｄｅｎｓｉｔｙ ｓａｍｐｌｅ ｗｉｔｈ ｕｎｉｆｏｒｍ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃａｎ ｅｎｄｕｒｅ ｂｉｇｇｅｒ ｌｏａｄ ｓｔｒｅｓｓ ｔｈａｎ ｓａｍｐｌｅ ｗｉｔｈ ｎｏｎ-ｕｎｉｆｏｒｍ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ. Ｓｈｅａｒ ｆｌｏｗ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒａｄｉａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅａｓｏｎｓ ｃａｕｓｉｎｇ ｓｔｅｐ ｐｒｅｓｓ ｌｏａｄｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｌｏａｄｉｎｇ. [ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ] ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； ｓｔｅｐ-ｐｒｅｓｓ-ｌｏａｄｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ； ｉｍｐａｃｔ ｔｅｓｔ； ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ .０３. 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４５ 卷第 ３ 期