在生产、存储、运输和使用过程中,易扩散的天然气在外部因素构成的射流点火作用下,发生爆燃甚至爆轰,造成人员伤害和财物损失。因此,论文开展射流点火条件下天然气爆炸的灾害演变过程研究,为天然气爆炸的灾害预防和工业安全防护积累实验基础。论文利用方形火焰燃烧传播测试管道作为实验平台,通过安装栅格孔板或泄压膜将实验管道分为点火段和实验段,栅格孔板或泄压膜结构诱导射流产生并引燃实验段内预混气体。在实验段内布置压力传感器和热电偶记录射流点火条件下天然气爆炸的压力和温度特性,利用高速纹影系统捕捉射流点火条件下的天然气爆炸火焰锋面精细结构,探索栅格孔板开孔率、点火段长度、泄放压力和点火位置对天然气爆炸传播特性的影响规律及作用机制,具体如下:(1)点火段内火焰锋面在栅格孔板处时熄灭,实验段内预混气体在热射流作用下重燃。在选定栅格孔板开孔率范围内,实验段内的爆炸压力、爆炸温度和复燃火焰的轴向长度和初始火焰传播速度均随着栅格孔板开孔率的减小而增大,在开孔率20%时测得最大值285 kPa、1293℃、73.1 m/s。受栅格孔板阻碍,热射流引发实验段内一系列爆炸,因此压力曲线在峰值处产生波动并维持一段时间。(2)点火段长度对爆炸动力学参数的影响需要综合考虑射流点火能力和实验段内火焰加速距离的影响。爆炸压力、爆炸温度和火焰锋面传播速度峰值均随着点火段长度的增加先增大后减小,在点火段长度0.9 m时测得最大值345 kPa、1378℃、177.4 m/s。(3)薄膜结构增大火焰锋面传播速度,浮力作用的影响减弱,火焰的阶梯状和倾斜不对称形态被椭球状结构取代。在选定薄膜强度条件下,管道内最大爆炸压力、最高爆炸温度和火焰传播速度均随着薄膜泄放压力的增大而增大,在泄放压力90 kPa时取得最大值405 kPa、1578℃、268.7 m/s。薄膜强度30 kPa时,点火位置对天然气爆炸的火焰传播形态产生影响,但对爆炸动力学参数的影响并不显著。(4)安装薄膜结构后,实验段内预混气体的初始温度和初始压力提高,预混气体湍流度增大,预混气体在泄放火焰诱导下发生爆炸,点火能更大,因而爆炸超压、爆炸温度和火焰锋面传播速度峰值均相较于空管道由大幅提高。