雙重異性障礙物下?lián)綒浼淄榈娜急瑝荷?yīng)

中圖分類號：0382.1;0521.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

當(dāng)前，氣體爆炸事故影響我國多種行業(yè)的安全發(fā)展，氣體爆炸災(zāi)害效應(yīng)仍然是廣大科研工作者的研究重點。統(tǒng)計顯示，僅2024年上半年，我國發(fā)生的燃?xì)馐鹿世塾?81起，造成27人死亡、158人受傷[1]。受限空間較開空間更易積聚氣體，氣體泄露后與空氣混合，達(dá)到爆炸極限后，與點火能接觸即可發(fā)生爆炸[2-3]。因而，爆炸事故多發(fā)生于廠房、地下空間等受限空間[4-6]。氣體爆炸也易受空間內(nèi)多種約束條件（如障礙物）的影響，造成顯著的促爆效應(yīng)[7-8]，導(dǎo)致障礙物環(huán)境中的氣體爆炸危害程度顯著高于無障礙物環(huán)境[9-10]。

已有的研究報道大多將障礙物看作理想的剛體，忽略了障礙物的物質(zhì)屬性及其在爆炸環(huán)境中的表現(xiàn)對爆炸危害的影響。為此，學(xué)者們將氣體爆炸環(huán)境中能夠產(chǎn)生形變、彎曲、傾倒等效應(yīng)的物體定義為柔性障礙物[]，反之，則稱為剛性障礙物，并分別開展了爆炸特性研究。對于剛性障礙物對氣體爆炸特性的影響：徐阿猛等[2發(fā)現(xiàn)，爆炸火焰波在經(jīng)過不同剛性障礙物時均會發(fā)生明顯繞流，加速火焰波傳播，并且障礙物尺寸越大，爆炸壓力峰值越高;Xiu等[13]、Wang等[14]、Duan等[15]的研究表明，增加障礙物數(shù)量時，湍流強度與壓力損失之間存在競爭機(jī)制，火焰速度及爆炸壓力與障礙物數(shù)量呈正相關(guān);雷桐桐[]發(fā)現(xiàn)，隨著障礙物數(shù)量的增加，火焰速度和超壓峰值的增幅逐漸減小。對于柔性障礙物對氣體爆炸特性的影響：王哲石發(fā)現(xiàn)，膜狀柔性障礙物越接近爆炸火焰和沖擊波，所受合力越大，致使障礙物產(chǎn)生拉伸，并發(fā)生類錐形形變;焦一飛等[I8驗證了促爆強度與障礙物材質(zhì)的相關(guān)性，得出爆炸強度指數(shù)與柱狀柔性障礙物的彎曲強度成正比。另外，研究顯示，柔性障礙物在爆炸場域內(nèi)的彎曲表現(xiàn)導(dǎo)致不同類型的流場分離現(xiàn)象，阻礙剪切層重新附著在障礙物上，從而降低爆炸危害[19-21]。

摻氫天然氣作為氫能源的主流利用形式之一，能夠在確保安全利用的同時，實現(xiàn)氫能源和天然氣能源的有效利用，我國如國家電投-遼寧朝陽天然氣摻氫示范現(xiàn)場等項目的摻氫比例已達(dá) 10%^[22] 。天然氣的主要成分是甲烷，因此，摻氫甲烷的燃燒和爆炸特性成為爆炸防治領(lǐng)域的研究重點。有研究者提出，將燃?xì)夤芫€并入綜合管網(wǎng)以實現(xiàn)運輸至各個終端[23-25]。然而，針對復(fù)雜的管廊輸送工程，其內(nèi)部設(shè)定的固定（剛性）和非固定式（柔性）多重約束設(shè)施將加劇爆炸場域內(nèi)火焰、流場、壓力荷載等的演化特性。工程中用于支撐的固定結(jié)構(gòu)的尺寸通常較非固定結(jié)構(gòu)大，對于管廊這類燃爆事故場所，柔性管線系統(tǒng)、固定梁結(jié)構(gòu)、可移動標(biāo)志牌以及固定式鋼結(jié)構(gòu)等不同類型的部件往往位于管廊內(nèi)部，在這些雙重異性特征障礙物的耦合作用下，氣體爆炸特性差異尚未予以揭示，為燃爆防治工作帶來了難題。為此，本研究綜合考慮管廊的實際場景，選用阻塞率為0.6的剛性障礙物，探究剛性和柔性兩種不同物質(zhì)屬性的障礙物下?lián)綒浼淄闅怏w的爆炸特性，以期為爆炸安全設(shè)施布局提供理論和數(shù)據(jù)支撐。

1實驗

1.1 實驗平臺搭建

如圖1所示，實驗平臺包括爆炸測試管道、供氣系統(tǒng)、壓力采集系統(tǒng)、火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。爆炸測試管道的材質(zhì)為透明有機(jī)玻璃，尺寸為 100cm×10cm×10cm 。供氣系統(tǒng)包含1個裝有甲烷氣瓶（甲烷純度 99.99% ）和氫氣氣瓶（氫氣純度 99.99% ）的防爆儲柜、1個圓柱形空氣壓縮機(jī)、3個額定流量為5L/min 的質(zhì)量流量計。壓力采集系統(tǒng)由2個PCB壓電式傳感器、沖擊波測試儀、壓力采集主機(jī)和軟件TytestDateVeiw組成，傳感器的采樣頻率為 50kHz ?；鹧鏀?shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含高速攝像機(jī)（PhantomV710L）、火焰采集主機(jī)以及軟件PCC3.8，其中 PCC3.8 的采集頻率為2000幅/秒，分辨率設(shè)為 1280× 480像素。單次實驗中火焰和壓力的采樣總時間均設(shè)置為 200ms 。

圖2顯示了實驗工況。定義甲烷體積分?jǐn)?shù)（ ?φ_CH4 ）為甲烷占容器內(nèi)總混合物（甲烷和空氣）的體積分?jǐn)?shù)，設(shè)定為 9.5% ；定義摻氫比為氫氣占容器內(nèi)注入的混合燃料（甲烷和氫氣）的體積分?jǐn)?shù)，設(shè)定為 10% 。以無障礙物環(huán)境工況作為空白對照;首先考慮同種燃料濃度中剛性障礙物與柔性障礙物混合環(huán)境中甲烷的燃爆特性隨柔性障礙物阻塞率（障礙物高度與管道高度之比）的變化，其中，剛性障礙物的阻塞率（b_r） 固定為0.6，柔性障礙物的阻塞率 （b_f） 以0.2的梯度變化；而后，考察在同種剛性障礙物與柔性障礙物組合環(huán)境中摻氫對甲烷燃爆特性的影響。障礙物的安裝位置參考文獻(xiàn)[10，15]，即剛性障礙物距點火端 40cm ，柔性障礙物距點火端 50cm 。按照圖2所列工況開展實驗，為減少實驗誤差，每組實驗進(jìn)行3次。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 火焰結(jié)構(gòu)

圖3顯示了無障礙物工況下火焰的結(jié)構(gòu)變化?？梢钥闯觯夯鹧娼Y(jié)構(gòu)可以分為4個階段，即半球形階段 （5.0～10.0ms 、指形階段 （20.0～35.0ms） ）、平面火焰階段 （40.0～45.0ms） 、郁金香形火焰階段（ 65.0～110.0ms ； 110.0ms 時，火焰?zhèn)髦劣叶诵贡凇?Yu 等[20]發(fā)現(xiàn)，距點火端 40cm 處壓力促進(jìn)機(jī)制最顯著，柔性障礙物在一定程度上降低了燃爆風(fēng)險。為此，在剛性障礙物的基礎(chǔ)上引人柔性障礙物，探究柔性障礙物對燃燒和爆炸特性的影響，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以明顯看到，雙重障礙物對火焰早期形狀幾乎無影響，火焰仍然呈球形和指形，只是這兩個階段的起始時間較圖3有所延遲。這主要歸因于甲烷燃爆沖擊波撞擊剛

性障礙物時，中下部沖擊波幾乎完全反射，反作用于火焰發(fā)育過程，抑制火焰?zhèn)鞑?。在雙重障礙物作用下，火焰?zhèn)髦劣覀?cè)泄爆口處的時間提前，較圖3所示時間分別提前 57.5， 59.0， 61.0ms. 隨著柔性障礙物阻塞率的增加，火焰鋒面?zhèn)髦列贡诘臅r間逐漸縮短，且相差時間間隔較短（ 1～2ms ）。柔性障礙物的阻塞率越大，對火焰和流場的擾動越強烈（柔性障礙物的彎曲和傾倒導(dǎo)致爆炸環(huán)境中柔性障礙物的實際阻塞率總是小于0.6），說明剛性障礙物對火焰的傳播仍占主導(dǎo)作用[14，19]。

圖5顯示了剛?cè)犭p重障礙物工況下?lián)綒浼淄槿急鹧娼Y(jié)構(gòu)變化。對比圖4和圖5可知，氫氣的摻入增加了甲烷的燃燒效率，在雙重障礙物工況下，球形和指形火焰階段的時間提前，但較無障礙物工況有所延遲，此時障礙物的反射沖擊波效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)作用?；鹧娴竭_(dá)剛性障礙物上方時，中下部火焰發(fā)育被抑制，上部火焰受到的反射作用較弱，這種差異導(dǎo)致拉伸現(xiàn)象形成，火焰的拉伸效應(yīng)隨著氫氣的摻入有所加劇，且火焰尖端出現(xiàn)尺寸各異的渦旋，標(biāo)志著火焰由各向同性階段轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋噪A段，即火焰出現(xiàn)渦旋反向回流燃燒至管內(nèi)上游區(qū)域。隨著時間的進(jìn)行，摻氫也導(dǎo)致同一雙重障礙物工況下火焰?zhèn)鬟f至右側(cè)泄爆口的時間提前。

2.2 火焰速度

根據(jù)7種工況下的火焰徑向傳播距離計算火焰鋒面的傳播速度和火焰前鋒位置的變化過程，結(jié)果如圖6所示。定義火焰?zhèn)鞑ブ羷傂哉系K物上方時的速度為接觸速度，圖7顯示了不同工況下接觸速度（ν_c） 和最大速度（ u_max） 的對比。可以看出，較無障礙物工況，雙重障礙物的置入大幅縮短了火焰?zhèn)鞑r間，純甲烷（未摻氫）燃爆火焰?zhèn)髦劣覀?cè)泄爆口所需時間約 60ms ，而摻氫甲烷則需要約 55ms 。結(jié)合圖6和圖7可以看出，無障礙物工況中接觸速度與最大速度一致，均出現(xiàn)在距點火端 40cm 處。甲烷燃爆的接觸速度隨著柔性障礙物阻塞率的增加而增大，較無障礙物工況，分別提高 139.18% 158.23% / 165.99% ；摻氫則加速接觸速度的變化，較無障礙物工況，分別提高 143.93% 、 160.25% /176.51% 。采用火焰鋒面的最大速度衡量火焰?zhèn)鞑ミ^程快慢。由圖7可知，對于同一燃料組分條件下的最大鋒面速度，雙重障礙物工況較無障礙物工況分別提高 296.18%，301.12%，313.66%， 與接觸速度相似，摻氫對火焰最大速度的貢獻(xiàn)也有所增加，較無障礙物工況下的最大速度分別增加 298.52% / 305.45% 、 316.40% 。以上火焰速度數(shù)據(jù)表明，剛?cè)嵴系K物混置條件下，隨著柔性障礙物阻塞率的增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌欤嵝哉系K物對火焰?zhèn)鞑ミ^程的作用越顯著，但仍以剛性障礙物的阻塞效應(yīng)為主導(dǎo)。

2.3 壓力變化趨勢及峰值變化

設(shè)管道內(nèi)距點火端 0～50cm 為上游區(qū)域，距點火端 50～100cm 為下游區(qū)域，傳感器1測量上游壓力變化，傳感器2測量下游壓力變化。圖8為不同工況下上游和下游區(qū)域的壓力時程曲線。管內(nèi)壓力經(jīng)歷3個階段：初始壓力上升階段、最大爆炸壓力形成和衰減階段、終端壓力回升階段。較無障礙物工況，雙重障礙物影響最大爆炸壓力形成前的階段性過程，表現(xiàn)為最大爆炸壓力 （p_max） 形成前爆炸壓力先升后降，甚至出現(xiàn)負(fù)壓。與上游區(qū)域的峰值壓力相比，下游的頂峰部位振蕩現(xiàn)象更為明顯，且下游區(qū)域的峰值壓力高于上游區(qū)域的峰值壓力。圖9（a）給出了雙重障礙物下甲烷與摻氫甲烷較無障礙物工況（工況1）下管內(nèi)最大爆炸壓力的對比。結(jié)合圖8和圖9可得，上游區(qū)域的爆炸壓力遠(yuǎn)小于下游區(qū)域的爆炸壓力。管內(nèi)最大爆炸壓力分布與火焰速度的表現(xiàn)一致：同一燃料濃度下，爆炸壓力隨著柔性障礙物阻塞率的增加而增大；無障礙物工況下，上、下游區(qū)域的最大爆炸壓力分別為14.42、 18.12kPa ；柔性障礙物阻塞率為0.2的工況下，上、下游區(qū)域的最大爆炸壓力分別提高了 919.00% 和 1210.93% 。隨著氫氣的摻入，最大爆炸壓力有所提升，在柔性障礙物阻塞率為0.2的條件下，摻氫甲烷的上、下游最大爆炸壓力增幅是無障礙環(huán)境下的 971.22% 、 1263.02% ，且最大爆炸壓力隨著柔性障礙物阻塞率的增加而增大，阻塞率為0.6時達(dá)到最大，增幅分別為 1117.27% ， 1280.85% 。

從圖9（a）還可以看出，雙重障礙物對爆炸壓力的增幅效果遠(yuǎn)高于對火焰速度的增幅效果。因此，探究爆炸壓力的提升過程可為燃爆危害防控提供借鑒。以 5ms 為時間間隔，得到從零時刻到最大爆炸壓力時刻的壓升率（ dp/dt） 變化曲線，如圖9（b）所示。無障礙物工況下，上、下游區(qū)域的壓升率變化近似為直線;雙重障礙物工況下，壓升率曲線與爆炸壓力曲線的表現(xiàn)一致，最大壓升率隨著柔性障礙物阻塞率的增加而增大，并且摻氫加速了管內(nèi)燃燒效率，縮短了壓力上升過程，這也是圖8和圖9（a）中壓力峰值出現(xiàn)的原因。Xiao等[9]、Cui等[2]提出用爆炸強度指數(shù)（最大壓升率與最大爆炸壓力的乘積）衡量爆炸危害程度。不同工況的爆炸強度指數(shù)如圖9（c）所示。可以看出，雙重障礙物對于降低管內(nèi)爆炸危害程度做出了主要貢獻(xiàn)，氫氣則在此基礎(chǔ)上發(fā)揮了進(jìn)一步的促進(jìn)作用，同一燃料濃度下后置柔性障礙物阻塞率為0.6時爆炸強度指數(shù)最大，是無障礙物工況下的154.95倍，而摻氫后則提升至167.65倍。

2.4 壓升效應(yīng)演化機(jī)制

如圖10所示，在上游區(qū)域，壓力演化的第1階段是由于燃燒，燃燒熱、沖擊波與球形火焰一起向右傳播，下部沖擊波受到剛性障礙物的反射從而阻礙火焰?zhèn)鞑?，上部火焰受障礙物的反射作用較弱，上下部所受的沖擊波作用誘導(dǎo)火焰出現(xiàn)拉伸效應(yīng)。伴隨著上部區(qū)域燃料的消耗以及沖擊波擠壓燃料將燃料輸送至下游，上游區(qū)域的壓力降低，甚至出現(xiàn)負(fù)壓，如圖8（a）所示。在第2階段，火焰和沖擊波越過障礙物上方，在剛性障礙物與柔性障礙物之間形成沖擊波和高壓氣穴，引起更強烈的反射波，帶動燃料反向運輸至上游區(qū)域，導(dǎo)致壓力逐漸增大并形成最大爆炸壓力，隨后燃料和空氣的消耗以及沖擊波和火焰由泄爆口流出[27]誘發(fā)壓力峰值下降，火焰?zhèn)鞑ミ^程伴隨著柔性障礙物的擾動，表現(xiàn)為柔性障礙物的阻塞率越大，擾動越明顯，壓力峰值亦如此。第3階段是壓力回升階段，表現(xiàn)為壓力的平衡條件，隨著管內(nèi)燃燒爆炸過程的持續(xù)，流向外界的沖擊波和產(chǎn)物使壓力下降，外界壓力迫使空氣向管內(nèi)輸送28]。在下游區(qū)域，3個階段的形成過程中總是伴隨著障礙物擾動和燃料集聚，火焰和沖擊波持續(xù)存在，因此，最大爆炸壓力出現(xiàn)前并未出現(xiàn)壓力下降階段。

3結(jié)論

通過實驗探究了雙重異性障礙物下?lián)綒浼淄榈娜急瑝荷?yīng)，系統(tǒng)分析了火焰結(jié)構(gòu)、火焰?zhèn)鞑ニ俣?、爆炸壓力、壓升率等參?shù)，揭示了其演化機(jī)制，得到如下主要結(jié)論。

（1）雙重障礙物導(dǎo)致球形、指形、平面形和郁金香形火焰鋒面延遲形成，但火焰鋒面?zhèn)鞑ブ列贡诘臅r間提前，且柔性障礙物阻塞率為0.6時傳播速度最大，與無障礙物工況相比，火焰接觸速度增幅達(dá)165.99% ，最大速度增幅為 313.66% ，摻氫后火焰接觸速度增幅為 176.51% ，最大速度增幅為 316.40% 。

（2）雙重障礙物影響爆炸壓力的階段性變化，上游區(qū)域出現(xiàn)壓力先升后降現(xiàn)象，下游區(qū)域壓力振蕩明顯，最大爆炸壓力增大。隨著柔性障礙物阻塞率的增加，管內(nèi)最大爆炸壓力增大，摻氫可提升最大爆炸壓力。當(dāng)柔性障礙物阻塞率為0.6時，最大爆炸壓力最大，摻氫后，與無障礙物工況相比，上游區(qū)域增幅達(dá)1117.27% ，下游區(qū)域增幅達(dá) 1280.85% ，表明雙重障礙物對爆炸超壓的影響高于對火焰速度的影響。

（3）雙重障礙物對于降低爆炸危害程度的貢獻(xiàn)隨柔性障礙物阻塞率的增加而增大，氫氣的作用相對較弱。后置柔性障礙物的阻塞率越大，爆炸強度指數(shù)越大；柔性障礙物阻塞率為0.6時，較無障礙物工況，同一燃料濃度下爆炸強度指數(shù)的增幅倍數(shù)約為161.54，摻氫后提升至167.65倍。

（4）在實際的構(gòu)筑物建設(shè)過程中，當(dāng)剛性障礙物的阻塞率較大時，應(yīng)盡可能地確保后置柔性障礙物的阻塞率小于剛性障礙物，從而實現(xiàn)燃爆安全設(shè)施的有效性，降低燃爆事故災(zāi)害后果。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國城市燃?xì)鈪f(xié)會安全管理工作委員會.全國燃?xì)馐鹿史治鰣蟾妫?024 年上半年報告）[EB/OL].（2024-10-09）[2024-11-02]. https：//m.gmw.cn/2024-10/22/content_1303877758.htm. TheSafetyManagement Working CommiteeofChina UrbanGas Association.National gasaccident analysis report （firsthalf

[2]ASTBURY G R.A review of the properties and hazards of some alternative fuels [J]. ProcessSafety and Environmental Protection， 2008， 86（6）： 397-414.

[3]CAIP，LIMZ，IUZY，talExperimentalandnumericalstudyofnatural gasleakageandexplosioncharacteristics[J].A Omega，2022，7（29）： 25278-25290.

[4]KANG Y，MA SY，SONG B X，et al.Simulationofhydrogen leakage difusionbehavior inconfined space[J]. Inteational Joumal ofHydrogen Energy，2024，53： 75-85.

[5]YANGNN，DNGJ，WANGCP，etal. High pressre hydrogeleakage difusion：researchprogress[J].InteratioalJoal of Hydrogen Energy，2024，50： 1029-1046.

[6]KINDRACKI J， KOBIERA A，RARATA G， et al. Influence of ignition position andobstacles onexplosion developmentin methane-air mixture inclosedvessels[J].JouralofLossPrevention inthe Process Industries，2007，20（4/5/6）： 551-561.

[7]QIAO ZL，MAH，LIC.Influenceofchange inobstacle blockingrate gradientonLPGexplosionbehavior[J].ArabianJoual of Chemistry， 2023，16（2）： 104496.

[8]LI D， ZHANGQ，MAQJ，etal. Influenceofbuilt-inobstacles onunconfined vapor cloud explosion[J].Jouralf Loss Prevention in the Process Industries，2016， 43： 449-456.

[9] XIAO G Q， WANG S，MI HF，et al. Analysis of obstacle shape on gas explosion characteristics [J]. ProcessSafety and Environmental Protection，2022，161： 78-87.

[10]DUANYL，LEISL，LIZH，etal.Studyonflexible/rigid protection mechanismofhydrogen/methane premixed gasexplsion in urban underground space [J]. Process Safety and Environmental Protection，2024，182： 808-822.

[11]LI Q， CICCARELIG，SUXX，et al.Flame propagation arossaflexibleobstacle in aquarecros-sctionchel[J]. International Journal of Hydrogen Energy， 2018， 43（36）： 17480-17491.

[12]徐阿猛，陳學(xué)習(xí)，賈進(jìn)章.障礙物對瓦斯爆炸沖擊波傳播的影響研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2019，29（9）：96-101. XU A M， CHEN X X，JIA JZ.Effects ofobstacles ongas explosionshock wave propagation[J]. China Safety Science Joural， 2019，29（9）： 96-101.

[13]XIUZ，IUZY，LIP，etal.Efectsofombinedbstaclesodelagrationcharacteristsofdrogen-airpremixedgs[J]. International Jourmal of Hydrogen Energy， 2023， 48（79）： 31008-31021.

[14] WANG S， XIAO G Q，F(xiàn)ENG Y，etal. Investigation of premixed hydrogen/methane flamepropagation and kinetic characteristics for continuous obstacles with gradient barrier ratio [J]. Energy，2023，267： 126620.

[15]DUANYL，LONGFY，HUANG J，etalEfectsof porous materialswithdifferent thicknessandobstaclelayouton methane/hydrogen mixture explosion withlowhydrogenratio[J].International Journal of HydrogenEnergy，2022，47（63）： 27237-27249.

[16]雷桐桐.障礙物影響氣體爆炸特性的研究進(jìn)展[C]/2024年度滅火與應(yīng)急救援技術(shù)學(xué)術(shù)研討會.珠海：中國人民警察大學(xué)， 中國消防協(xié)會，2024：30-33.

[17］王哲石.密閉管道內(nèi)柔性障礙物對可燃?xì)鈿怏w爆炸特性的影響機(jī)制研究[D].青島：青島科技大學(xué)，2023. WANG Z S. Efect mechanism of flexible obstacles on gas explosion characteristics in a confined [D]. Qingdao： Qingdao University of Science and Technology，2023.

[18]焦一飛，熊曉曼，任昊，等.多種材質(zhì)障礙物對甲烷-氫氣預(yù)混燃?xì)獾拇俦绊慬J].高壓物理學(xué)報，2024，38（1）：015202. JIAO YF， XIONG X M， REN H，etal.Efect of various material obstaclesonthe promoting explosion of methane-hdrogen premixed gas [J]. Chinese Journal of High Pressure Physics，2024，38（1）： 015202.

[19]LI Q，SUXX，WAGX，etal.Experietalstudyofflme propagatinarossflexiblebstacles inasqarecction channel[J]. International Journal of Hydrogen Energy， 2019， 44（7）： 3944-3952.

[20]YUS W，DUANYL，LONGFY，etal.Theinfluenceofflexible/rigidobstacleonflame propagationandblastijuriesriskin gas explosion[J].Energy Sources，Part A： Recovery，Utilization，andEnvironmental Effects，2023，45（2）： 45204536.

[21］張靜雯，彭澳，陳先鋒，等.擾動作用下爆轟形成機(jī)理[J].高壓物理學(xué)報，2022，36（6）：062303. ZHANG J W，PENG A， CHEN X F，et al. Mechanisms ofdetonation initiation under the effct of perturbation[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics， 2022， 36（6）： 062303.

[22]張立業(yè)，鄧海濤，孫桂軍，等.天然氣隨動摻氫技術(shù)研究進(jìn)展[J].力學(xué)與實踐，2022，44（4）：755-766. ZHANG L Y， DENG H T，SUN G J， et al. Research progress of natural gas follow-up hydrogen mixing technology[J]. Mechanics in Engineering， 2022， 44（4）： 755-766.

[23]ARIARATNAM S T，LUEKEJS，MICHAELJK. Curent trends in pipe burstingfor renewalof underground infrastructure systems in North America [J]. Tunnelling and Underground Space Technology， 2014，39： 41-49.

[24]TONG Z X，F(xiàn)ANG J. Comprehensive evaluation of PPP project construction for urban underground pipegalery[C]/ ProceedingsofIntermational Conferenceon Constructionand Real Estate Management 2019.Reston，2019：425-433.

[25]WANG Z H， CHEN X D. Risk management ofurban pipe galery based on system dynamics [J]. IOP Conference Series： Earth and Environmental Science， 2021， 693（1）： 012003.

[26]CUIYY，WANG ZR，ZHOUKB，etal.Effectof wire meshondouble-suppressonofCH/air mixture explosions na spherical vessel connected to pipelines[J].JournalofLossPrevention in the Process Industries，2017，45：69-77.

[27]曹玉忠，盧澤生，管懷安，等.抗爆容器內(nèi)爆炸流場數(shù)值模擬[J].高壓物理學(xué)報，2001，15（2）：127-133. CAO Y Z，LUZS，GUANHA，etal.Numericalsimulations ofblastflow-fields inclosedblast-resistantcontainrs[J].Cinese Jourmal ofHigh Pressure Physics，2001，15（2）： 127-133.

[28]WANGZS，ZHAGZL，YUJ，etal.Theeecofflexibleobtacleswithierethickessesonexplosionprogatiof premixed methane-air in a confined duct [J]. Heliyon，2023， 9（8）： e18803.

Pressure Rise Effect of Hydrogen-Methane Mixture Combustion under Dual Heterogeneous Obstacles

XU Yang12，LI Mian3， LI Yuanbing ^1，2 ，LONG Fengying4

（1.SafetySupervision and Management School，Chongqing Vocational InstituteofSafetyamp; Technology， Chongqing 404121， China;

2.Safety Vocational Education Research Institute， Chongqing Vocational InstituteofSafety amp; Technology， Chongqing 404121，China;

3.School ofArchitecture and Environmental Safety，Chongqing Vocational Institute ofSafetyamp; Technology， Chongqing 404121， China;

：hool ofMechanicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnologyNanjingoo94，Jngsu，Ch

Abstract：The disaster characteristics of gas combustion and explosion are hot and key topics in domestic and international research. Studying the combustion and explosion characteristics under complex constraint conditions is of great significance.Regarding rigid and flexible obstacles，the combustion and explosion process of hydrogen-doped methane gas in a long straight pipeline with double heterogeneous obstacles was explored through experiments. The results show that， compared with the obstacle-free environment， the influence of double obstacles on the flame speed， explosion pressure，and explosion intensity index increases with the increase in the blockage ratio of the flexible obstacle and the addition of hydrogen.Moreover， the increase in explosion pressure and explosion intensity index is greater than that of the flame speed. Under the combined action of hydrogen addition and double obstacles， the flame contact speed can increase by up to 176.51% ， and the maximum speed can increase by up to 316.40% .The double obstacles cause the pressure in the upstream region to rise first and then fall，and the pressure oscilltion in the downstream region is obvious. After hydrogen addition， compared with the obstacle-free environment， the maximum explosion pressure in the pipeline can increase by up to 1280.9% ， and the maximum explosion intensity index can increase to 167.65 times. In the layout engineering projects of constraint facilities，flexible obstacles with a smaler blockage ratio should be preferred to effectively mitigate the consequences of explosion hazards.

Keywords： gas explosion; dual obstacles; flame speed; explosion pressure; explosion intensity index