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随着社会的进步、工业的发展以及人们生活水平的提高,清洁能源得到了广泛的应用。甲烷作为煤层气、天然气等优质清洁能源的主要成分,对其开展爆炸特性及安全性研究具有十分重要的意义。利用可视化方形密闭管道及纹影/高速摄影技术对甲烷爆炸火焰传播过程及二氧化碳对甲烷抑爆火焰传播过程进行了研究。研究结果如下:(1)对可视化方形密闭管道以及实验方式进行了改进,提高了装置气密性、可操作性。(2)利用可视化方形密闭管道及高速摄影技术对5.5%、7.5%、9.5%、13.5%、14.5%体积分数下甲烷/空气预混气体的爆炸火焰传播过程及压力变化进行了研究,同时采用纹影/高速摄影技术对9.5%体积分数下甲烷/空气预混气体爆炸火焰微观结构进行了研究。结果表明:爆炸压力随着甲烷体积分数的升高,呈现先升高后降低的趋势;火焰传播速度随甲烷体积分数升高呈现出先增大后减小的趋势,并在传播末段出现波动。(3)甲烷体积分数为5.5%和14.5%的情况下,均出现了“半平面火焰”,在体积分数为13.5%、14.5%时,火焰传播的后期出现了“双重Tulip火焰”。(4)选取甲烷体积分数为9.5%条件下的甲烷/空气预混气体作为研究对象,分别通入体积分数为3%、6%、9%、12%、15%、18%的二氧化碳进行抑爆特性实验,结果表明:爆炸压力随二氧化碳体积分数上升,呈现出下降的趋势,火焰传播速度呈现减小的趋势。对纹影/高速摄影图像分析表明:各组实验中火焰传播的后期均出现了“半平面火焰”现象;二氧化碳体积分数低于18%的各组实验中均在火焰传播中期形成“准平面火焰”,且在中后期火焰前锋阵面形成了“Tulip火焰”结构;在二氧化碳体积分数6%的火焰前锋阵面上出现“双重Tulip”现象。二氧化碳体积分数到达12%、15%时,火焰前锋阵面出现“双重半平面火焰”现象;二氧化碳体积分数到达18%时,火焰前锋阵面“Tulip火焰”现象消失,二氧化碳体积分数达到20%时预混气体达到熄燃点,完全抑爆。(5)在甲烷/空气预混气体及其抑爆火焰传播过程中,“Tulip火焰”现象出现时,预混气体火焰开始由层流燃烧向湍流燃烧转变,火焰前锋阵面结构转变由火焰边沿开始(小尺寸涡流出现)蔓延至整个锋面(类胞格结构出现)。