• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
  • EI、Scopus、CA、JST收录
  • 力学类中文核心期刊
  • 中国科技核心期刊、CSCD统计源期刊

CH4/N2、CH4/CO2二元和CH4/N2/CO2三元混合气体爆炸极限的实验与估算

孙俊芳 张可 郭保玲 杨小莉 常旭宁 吴江涛

刘德新, 冯洪庆, 佟景伟, 李鸿琦. 水中冲击波与弹性薄板耦合作用的研究[J]. 爆炸与冲击, 2004, 24(4): 324-329. doi: 10.11883/1001-1455(2004)04-0324-6
引用本文: 孙俊芳, 张可, 郭保玲, 杨小莉, 常旭宁, 吴江涛. CH4/N2、CH4/CO2二元和CH4/N2/CO2三元混合气体爆炸极限的实验与估算[J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(5): 747-752. doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0747-06
Sun Jun-fang, Zhang Ke, Guo Bao-ling, Yang Xiao-li, Chang Xu-ning, Wu Jiang-tao. Measurement and estimation for the flammability limits of binary mixtures of CH4/N2, CH4/CO2and ternary mixtures of CH4/N2/CO2[J]. Explosion And Shock Waves, 2015, 35(5): 747-752. doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0747-06
Citation: Sun Jun-fang, Zhang Ke, Guo Bao-ling, Yang Xiao-li, Chang Xu-ning, Wu Jiang-tao. Measurement and estimation for the flammability limits of binary mixtures of CH4/N2, CH4/CO2and ternary mixtures of CH4/N2/CO2[J]. Explosion And Shock Waves, 2015, 35(5): 747-752. doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0747-06

CH4/N2、CH4/CO2二元和CH4/N2/CO2三元混合气体爆炸极限的实验与估算

doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0747-06
基金项目: 国家自然科学基金项目(51276142);北京市科技计划重点资助项目(D12110900040000);江苏省自然科学基金项目(SBK201122327)
详细信息
    作者简介:

    孙俊芳(1980—), 男, 硕士

    通讯作者:

    张可, k.zhang@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: O381

Measurement and estimation for the flammability limits of binary mixtures of CH4/N2, CH4/CO2and ternary mixtures of CH4/N2/CO2

  • 摘要: 为了获取甲烷与不可燃组分组成的混合物的爆炸极限,采用一种基于绝热火焰温度的混合物爆炸极限估算方法,对CH4/N2和CH4/CO2这2种二元混合气体及3种不同阻燃剂体积分数的CH4/N2/CO2三元混合气体的爆炸极限进行实验研究,并将实验结果与估算值进行比较。CH4/N2与CH4/CO2二元混合物实验值与估算值在爆炸上限处的平均绝对偏差为0.34%,在爆炸下限处的平均绝对偏差为0.15%。3种不同比例的三元混合物实验值与估算值在爆炸上限处的平均绝对偏差为0.43%,在爆炸下限处的平均绝对偏差为0.20%。结果表明,估算方法对甲烷与不可燃组分的二元混合物与三元混合物爆炸极限的估算均具有较高的准确度。
  • 图  1  实验装置

    Figure  1.  The experimental apparatus

    图  2  二元混合物爆炸极限实验值与估算结果对比

    Figure  2.  Comparison of flammability limits of binary mixtures between experimental and estimated results

    图  3  三元混合物爆炸极限实验值与估算结果对比

    Figure  3.  Comparison of flammability limits of ternary mixtures between experimental and estimated results

    表  1  CH4与N2/CO2组成的二元和三元混合物的爆炸极限实验和估算结果

    Table  1.   Flammability limits of binary and ternary mixtures of CH4 with N2/CO2

    φ(N2, CO2)/%φl/%(φ(N2):φ(CO2)=0:1)φu/%(φ(N2):φ(CO2)=0:1)
    实验估算Δ实验估算Δ
    05.255.250.0014.1014.100.00
    205.335.30-0.0313.5012.90-0.60
    405.335.380.0511.8011.40-0.40
    605.625.54-0.089.609.15-0.45
    756.165.87-0.297.386.77-0.61
    776.535.95-0.586.836.39-0.44
    786.655.99-0.666.656.19-0.46
    φ(N2, CO2)/%φl/%(φ(N2):φ(CO2)=1:0)φu/%(φ(N2):φ(CO2)=1:0)
    实验估算Δ实验估算Δ
    05.255.250.0014.1014.100.00
    205.285.25-0.0313.4013.20-0.20
    405.185.250.0712.1012.00-0.10
    605.285.24-0.0410.3010.10-0.20
    805.235.240.017.386.86-0.52
    855.295.23-0.066.235.65-0.58
    875.405.23-0.175.405.10-0.30
    φ(N2, CO2)/%φl/%(φ(N2):φ(CO2)=1:3)φu/%(φ(N2):φ(CO2)=1:3)
    实验估算Δ实验估算Δ
    05.255.250.0014.1014.100.00
    305.355.31-0.0412.5012.30-0.20
    605.575.46-0.119.939.37-0.56
    705.735.59-0.148.657.90-0.75
    755.895.70-0.197.757.02-0.73
    786.505.79-0.716.506.43-0.07
    φ(N2, CO2)/%φl/%(φ(N2):φ(CO2)=1:1)φu/%(φ(N2):φ(CO2)=1:1)
    实验估算Δ实验估算Δ
    05.255.25014.1014.100.00
    305.365.29-0.0712.8012.40-0.40
    605.395.390.0010.209.60-0.60
    755.655.53-0.128.017.28-0.73
    805.985.64-0.346.896.27-0.62
    816.505.66-0.846.506.05-0.45
    φ(N2, CO2)/%φl/%(φ(N2):φ(CO2)=3:1)φu/%(φ(N2):φ(CO2)=3:1)
    实验估算Δ实验估算Δ
    05.255.250.0014.1014.100.00
    305.285.27-0.0113.0012.60-0.40
    605.325.320.0010.409.80-0.60
    805.595.43-0.167.256.55-0.70
    835.855.47-0.386.445.86-0.58
    846.005.49-0.516.005.61-0.39
    下载: 导出CSV

    表  2  混合物爆炸极限估算中的系数及临界可燃体积分数

    Table  2.   Parameters in the estimation equations and the critical flammability ratio

    φ(N2):φ(CO2)αlαuφc/%
    实验估算
    0:1-6.667×10-32.559×10-27978
    1:3-4.966×10-32.387×10-28178
    1:1-3.266×10-32.214×10-28281
    3:1-1.566×10-32.042×10-28484
    1:01.338×10-41.870×10-28787
    下载: 导出CSV
  • [1] Zabetacis M G. Flammability characteristics of combustible gases and vapors: USBM Bulletin 627[R]. U. S. Bureau of Mines, 1965.
    [2] Degges M J, Boyer J E, Kuo K K, et al. Influence of steam on the flammability limits of premixed natural gas/oxygen/steam mixtures[J]. Chemical Engineering Journal, 2010, 165(2): 633-638. doi: 10.1016/j.cej.2010.09.032
    [3] Chen C C, Wang T C, Liaw H J, et al. Nitrogen dilution effect on the flammability limits for hydrocarbons[J]. Journal of Hazardous Materials, 2009, 166(2/3): 880-890. http://europepmc.org/abstract/MED/18762378
    [4] Mashuga C V, Crowl D A. Flammability zone prediction using calculated adiabatic flame temperatures[J]. Process Safety Progress, 1999, 18(3): 127-134. doi: 10.1002/prs.680180303
    [5] Shebeko Y N, Fan W, Bolodian I A, et al. An analytical evaluation of flammability limits of gaseous mixtures of combustible-oxidizer-diluent[J]. Fire Safety Journal, 2002, 37(6): 549-568. doi: 10.1016/S0379-7112(02)00007-3
    [6] Chen C C, Liaw H J, Wang T C, et al. Carbon dioxide dilution effect on flammability limits for hydrocarbons[J]. Journal of Hazardous Materials, 2009, 163(2/3): 795-803. http://europepmc.org/abstract/MED/18762378
    [7] Vidal M, Wong W, Rogers W J, et al. Evaluation of lower flammability limits of fuel-air-diluent mixtures using calculated adiabatic flame temperatures[J]. Journal of Hazardous Materials, 2006, 130(1/2): 21-27. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389405004218
    [8] Wierzba I, Shrestha S O B, Karim G A. A thermodynamic analysis of the lean flammability limits of fuel-diluent mixtures of air[J]. Journal of Energy Resources Technology, 1994, 116(3): 181-185. doi: 10.1115/1.2906441
    [9] Shrestha S O B, Wierzba I, Karim G A. A thermodynamic analysis of the rich flammability limits of fuel-diluent mixtures in air[J]. Journal of Energy Resources Technology, 1995, 117(3): 239-242. doi: 10.1115/1.2835347
    [10] Morley C. Gaseq: A chemical equilibrium program for windows. (version 0.79)[CP/DK]. 2005.
    [11] 张可, 吴江涛, 高辉, 等.爆炸极限实验系统研制及二甲醚/HFC125的可燃性研究[J].西安交通大学学报, 2010, 44(7): 28-32. http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=34424786

    Zhang Ke, Wu Jiang-tao, Gao Hui, et al. Flammability limits measurement system and flammability of Dimethyl ether/HFC125[J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2010, 44(7): 28-32. http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=34424786
  • 期刊类型引用(18)

    1. 高飞,邓树新,张国凯,纪玉国,刘晨康,王明洋. 缩比模型弹侵彻岩石靶尺寸效应试验研究与理论分析. 兵工学报. 2023(12): 3601-3612 . 百度学术
    2. 朱少平,王志亮,熊峰. 卵形弹丸对混凝土侵彻动力响应数值研究. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2022(02): 243-250 . 百度学术
    3. 邵伟,范锦彪,耿宇飞,王玮. 基于微元法的侵彻体弹头摩擦升温计算方法. 探测与控制学报. 2022(02): 34-40 . 百度学术
    4. 章毅,胡枫,吴昊,王安宝. 高强混凝土介质侵彻系数计算方法. 防护工程. 2021(02): 31-38 . 百度学术
    5. 张丁山,谷鸿平,徐笑,张博,吕永柱. 截卵形头部平台直径对初始侵彻弹道偏转的影响. 高压物理学报. 2021(05): 138-144 . 百度学术
    6. 吴飚,任辉启,陈力,杨建超,黄家蓉,高伟亮,金栋梁. 弹体侵彻混凝土尺度效应试验研究与理论分析. 防护工程. 2020(02): 1-10 . 百度学术
    7. 彭永,卢芳云,方秦,吴昊,李翔宇. 弹体侵彻混凝土靶体的尺寸效应分析. 爆炸与冲击. 2019(11): 58-68 . 本站查看
    8. 张学伦,汪衡,谭正军,王昭明. 混凝土靶边界效应与弹丸长径比关联性的研究. 兵器装备工程学报. 2018(04): 11-13+18 . 百度学术
    9. 刘宗伟,武海军,张学伦,刘俞平,熊国松,谭正军,曾令清. 高超弹体侵蚀机理及抗侵蚀设计研究. 兵器装备工程学报. 2017(04): 46-49 . 百度学术
    10. 李艳,范文,赵均海,翟越. 中低速长杆弹侵彻半无限岩石靶的动态响应研究. 工程力学. 2017(09): 139-149 . 百度学术
    11. 薛建锋,沈培辉,王晓鸣. 基于层裂机理的弹体侵彻混凝土的工程模型. 国防科技大学学报. 2017(03): 194-200 . 百度学术
    12. 曹扬悦也,蒋志刚,谭清华,蒙朝美. 基于Hoek-Brown准则的混凝土-岩石类靶侵彻模型. 振动与冲击. 2017(05): 48-53+60 . 百度学术
    13. 薛建锋,沈培辉,王晓鸣. 不同头部形状弹体侵彻混凝土的试验研究. 兵工自动化. 2016(02): 75-78 . 百度学术
    14. 邓佳杰,张先锋,乔治军,郭磊,何勇,陈东东. 卵形弹体侵彻预开孔靶理论分析. 爆炸与冲击. 2016(05): 625-632 . 本站查看
    15. 张学伦,刘宗伟. 弹丸CRH值对侵彻混凝土深度影响研究. 兵器装备工程学报. 2016(10): 31-34 . 百度学术
    16. 薛建锋,沈培辉,王晓鸣. 钻地弹斜侵彻混凝土靶的工程计算模型. 航空学报. 2016(06): 1899-1911 . 百度学术
    17. 张丁山,吕永柱,周涛,谷鸿平,张立建. 侵彻战斗部引信前后置过载的影响因素. 探测与控制学报. 2016(06): 41-45+50 . 百度学术
    18. 彭永,方秦,吴昊,孔祥振,肖云凯. 不同头部形状弹体侵彻混凝土靶体的终点弹道参数分析. 兵工学报. 2014(S2): 128-134 . 百度学术

    其他类型引用(11)

  • 加载中
图(3) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  2884
  • HTML全文浏览量:  405
  • PDF下载量:  314
  • 被引次数: 29
出版历程
  • 收稿日期:  2014-01-16
  • 修回日期:  2014-06-06
  • 刊出日期:  2015-10-10

目录

    /

    返回文章
    返回