煤炭资源作为我国现阶段的主要能源,在支撑着国家和社会发展的同时,其储量不断减少,且煤炭燃烧也会引发全球变暖、环境恶化等问题。因此,寻找清洁的能源及高效的燃烧技术已经成为人类面临的重要课题,天然气和富氧燃烧技术也由此被人们所关注。但天然气在富氧条件下燃烧极易产生燃烧诱导快速相变现象,这会引发严重的爆炸事故,给国家和人民造成巨大的损失。基于此,本文通过搭建密闭容器燃烧诱导快速相变实验台、长管道燃烧诱导快速相变实验台及透明管道燃烧诱导快速相变实验台,分析了富氧系数和泄爆面积比对爆炸特性的影响,并将压力振荡特性与火焰振荡特性进行综合分析,阐明了富氧条件下甲烷燃烧诱导快速相变的形成条件及本质特征,研究成果为富氧燃烧设备的设计、优化及安全运行提供了理论基础和技术储备。其主要研究内容和结论如下:(1)设计并搭建了密闭容器燃烧诱导快速相变实验台,通过改变富氧系数E,使其分别为0.21(空气)、0.4、0.6及0.8,并结合Gaseq程序计算的绝热压力和温度,研究了富氧系数对燃烧诱导快速相变的影响。结果发现:爆炸压力峰值随富氧系数的增大而增大,这是因为随着富氧系数的增加,预混气中氮气的含量减少,火焰的温度和黑度不断增大,火焰的辐射强度和辐射传热能力不断增强,最终使得爆炸压力峰值不断增大;当E=0.21时,爆炸压力无振荡现象,当E=0.4、0.6、0.8时,压力峰值高于相应的绝热压力,且爆炸压力产生振荡现象。(2)利用自行设计搭建的长管道燃烧诱导快速相变实验台,研究了长管道内密闭及泄爆条件下燃烧诱导快速相变现象的压力特征,分析了富氧系数E及泄爆面积比S对爆炸压力及到达爆炸压力峰值时间的影响。结果发现:当E=0.3时,出现没有达到超绝热压力峰值的压力振荡现象,这是因为此时的绝热温度虽然高于2600 K,但远低于3100 K,此时的液膜虽然出现相变,但却不会发生爆炸性蒸发沸腾,因此爆炸压力虽然出现振荡,但却不会出现超绝热压力峰值。在泄爆条件下,爆炸压力峰值随泄爆面积比的增大而逐渐降低,这是因为随着泄爆面积比的增大,末端壁面的面积逐渐减小,其反射作用造成的气体湍流程度逐渐减弱,爆炸压力逐渐降低。(3)利用自行设计搭建的透明管道燃烧诱导快速相变实验台,通过改变富氧系数E和泄爆面积比S,研究了透明管道内的火焰振荡特性和压力振荡特性,并将其进行了综合分析。结果发现:当E=0.21时,出现郁金香火焰,火焰无振荡现象;当E=0.3、0.4时,无郁金香火焰,火焰出现了振荡现象,且火焰后期的振荡现象随富氧系数的增大越来越明显。同时发现,当E=0.21时,爆炸压力无振荡现象,且随泄爆面积比的增大而逐渐降低;当E=0.3、0.4时,压力振荡周期的大小处于同一数量级内,且随泄爆面积比S的增大,压力振荡的幅值逐渐增大。