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关于氢气射流爆炸,空气产品公司所做的最新研究(非常值得阅读一下原文)

5月前浏览1284

大家好,今晚我带大家看一下空气产品公司所做的安全研究;


PART 01


   

开篇:这篇文章到底在做什么      


   

Hydrogen jet explosion: New tests, blast, and fireball models 这篇文章 2026 年发表在 Process Safety Progress ,是空气产品公司 + BakerRisk 合作的 氢气安全领域核心试验研究 。它解决的核心问题: 氢气喷射延迟点火,到底在什么条件下会爆炸?爆炸冲击波多大?火球会不会往下掉?

PART 02


   

研究背景(为什么要做)      


   


   

   
1. 工业场景  
氢气在排空、泄漏时, 不会一喷出来就着火 ,会先和空气混合,形成可燃云团, 延迟一段时间再点火 ,这叫 延迟点火 Delayed Ignition 。
 

   

   
2. 过去的认知(错的)  
只有  高压壅塞流(超音速) 氢气射流才会爆炸
低压、低速、低温氢气不会产生危险爆炸
火球只会向上飘,不会往下扩散
 

   

   
3. 实际事故 / 现象  
真实试验发现: 低压、非壅塞、低温氢气延迟点火,照样会炸,而且火球向下扩散!

   

   
4. 研究缺口  
缺少低压 / 低温 / 亚音速下的系统试验数据
没有能同时算 冲击波 + 火球 的工程模型
排空管高度、安全距离设计缺乏依据

PART 03


   

试验方案      


   


   

   
1. 试验规模  
总共 20 多次氢气射流延迟点火试验
地点:美国 BakerRisk 野外试验场

   

   
2. 试验变量  
温度:常温氢(246–279 K)、低温氢(115–190 K)
马赫数: 0.1 ~ 1.2 (低速→高速,非壅塞→壅塞)
喷嘴:2、3、4、8 英寸
点火延迟:3s / 6s / 8s / 11s

   

   
3. 测量内容  
爆炸冲击波超压
(压力传感器)
火球尺寸、向下扩散距离
(热成像 + 高速摄像)
风速、温度、流量等环境参数

   

   
4. 试验装置  
氢气从储罐 → 流量计 → 垂直向上喷 → 延迟点火 → 测爆炸与火球。
 

PART 04


   

试验结果      


   

   

   
(一)爆炸冲击波结果  
1. 马赫数的影响(最颠覆)
马赫数 0.1 ~ 1.2 全部能爆炸!
超压随马赫数上升, 到 0.5 之后基本不变
结论: 不是只有超音速才会炸,低速低压照样炸!
2. 温度的影响
常温氢、低温氢(-100℃级别)
爆炸超压几乎一样
结论: 低温氢气并不更安全,同样会剧烈爆炸
3. 点火延迟的影响
延迟 > 1 秒后, 超压基本不变
因为氢气和空气混合极快,1 秒内就形成可爆云
工程意义: 只要延迟 > 1 秒,就按最严重情况算

   

   
(二)火球结果  
火球不往上飘,反而向下扩展! 会延伸到喷口下方几米,直接威胁地面人员。
2. 为什么向下掉?
氢气喷出来形成湍流可燃云
点火后火焰极速加速,产生 冲击波
冲击波把高温燃气 向下推
所以火球向下扩散
3. 火球几何特征
火球长径比 Lf/Df ≈ 3
大部分试验火球都下探到喷口下方
高马赫数偶尔不下掉,但改变点火位置就会掉

PART 05


   

模型建立:JetEx 模型      


   
作者把试验结果变成了 工程师直接能用的模型 ,叫:
JetEx 模型
它包含两部分:
冲击波超压模型
火球尺寸模型

   

   
1. 冲击波模型(分段计算)  
Ma ≥ 0.5:沿用过去高压模型
Ma ≤ 0.2:用 BASF 半经验公式
0.2 < Ma < 0.5:线性插值
输入:流量、喷嘴直径、距离输出:爆炸超压

   

   
2. 火球模型(新开发)  
步骤:
先算氢气扩散云团体积
用燃烧膨胀比 σ 算燃烧后体积
用 Lf/Df=3 算火球长度、直径
给出火球 下探距离
最终给出一个 简单关联式 ,不用 CFD 就能算。

PART 06


   

模型验证(和试验、CFD 对比)      


   


   

   
1. JetEx vs 试验  
JetEx 整体 偏保守 ,适合安全设计
趋势完全一致

   

   
2. CFD(FLACS)vs 试验  
CFD 能复现爆炸超压
能复现火球向下扩散
火球中心取 22% H₂ 时最准
结论
JetEx 简单、快速、可靠,可直接用于工程设计。

PART 07


   

全文最终结论      


   

氢气射流延迟点火在 马赫数 0.1~1.2、常温 / 低温 均可产生显著爆炸。
爆炸超压在 Ma>0.5 后趋于稳定。
火球会 向下扩展 ,是重大安全隐患。
建立的 JetEx 模型 可准确预测冲击波与火球尺寸。
可为排空管高度、安全距离、风险评估提供依据

来源:气瓶设计的小工程师
燃烧湍流爆炸试验FLACS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2026-04-27
最近编辑:5月前
不才不才
硕士 从事IV储氢气瓶行业。
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