中国安全科学学报

D_h/mm	1.90	5.22	8.00	11.43
P_c/MPa	0.015	0.015	0.01	0.01

D_h/mm

1.90

5.22

8.00

11.43

P_c/MPa

0.015

0.01

D_h/mm	1.90	5.22	8.00	11.43
P_c/MPa	0.015	0.015	0.01	0.01

D_h/mm

1.90

5.22

8.00

11.43

P_c/MPa

0.015

0.01

P₀/ MPa	爆轰压力/ MPa	爆轰温度/ K	DDT 距离/ mm	$d P d t$ / (MPa·s^-1)	爆轰波传播速度/ (m·s^-1)
0.1	3.08	4 160	440	7 700	2 145
1.0	31	4 220	263	77 500	2 256
5.0	160.5	4 500	140	401 250	2 468
10.0	330	4 623	110	828 960	2 500

P₀/
MPa

爆轰
压力/
MPa

爆轰
温度/
K

DDT
距离/
mm

d P d t

/
(MPa·s^-1)

爆轰波
传播速度/
(m·s^-1)

0.1

3.08

4 160

440

7 700

2 145

1.0

4 220

263

77 500

2 256

5.0

160.5

4 500

140

401 250

2 468

10.0

330

4 623

110

828 960

2 500

P₀/ MPa	爆轰压力/ MPa	爆轰温度/ K	DDT 距离/ mm	$d P d t$ / (MPa·s^-1)	爆轰波传播速度/ (m·s^-1)
0.1	3.08	4 160	440	7 700	2 145
1.0	31	4 220	263	77 500	2 256
5.0	160.5	4 500	140	401 250	2 468
10.0	330	4 623	110	828 960	2 500

P₀/
MPa

爆轰
压力/
MPa

爆轰
温度/
K

DDT
距离/
mm

d P d t

/
(MPa·s^-1)

爆轰波
传播速度/
(m·s^-1)

0.1

3.08

4 160

440

7 700

2 145

1.0

4 220

263

77 500

2 256

5.0

160.5

4 500

140

401 250

2 468

10.0

330

4 623

110

828 960

2 500

页岩气在狭缝中燃爆超压及爆燃转爆轰特性研究

PDF下载

邵昊副教授 ¹^,² , 蔡毅 ¹^,² , 杨涛教授 ³^,^** , 吴征艳副教授 ¹^,² , 胡焕 ¹^,² , 姚志远 ¹^,²

中国安全科学学报 | 安全工程技术 2025,35(4): 51-58

收起

中国安全科学学报 | 安全工程技术 2025, 35(4): 51-58

页岩气在狭缝中燃爆超压及爆燃转爆轰特性研究

全屏

邵昊副教授¹^,², 蔡毅¹^,², 杨涛教授³^,^**, 吴征艳副教授¹^,², 胡焕¹^,², 姚志远¹^,²

作者信息

¹ 中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州 221116

² 中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，江苏徐州 221116

³ 华北科技学院矿山安全学院，河北廊坊 065201

邵昊 (1982—)男，山东滨州人，博士，副教授，主要从事气体/粉尘爆炸机制及防治技术、矿井热动力灾害防治技术等方面的研究。E-mail： shaohao@cumt.edu.cn。

通讯作者:

**杨涛(1983—)，男，山东济宁人，博士，教授，主要从事矿井瓦斯灾害防治及控制技术、煤矿动力灾害防治方面的研究。E-mail：yangtao585@163.com。

Study on explosion overpressure and deflagration-to-detonation transition characteristics of shale gas in fractures

Hao SHAO¹^,², Yi CAI¹^,², Tao YANG³^,^**, Zhengyan WU¹^,², Huan HU¹^,², Zhiyuan YAO¹^,²

Affiliations

¹ School of Safety Science Engineering Management，China University of Mining and Technology，Xuzhou Jiangsu 221116，China

² National Engineering Research Center for Coal Mine Gas Control，China University of Mining and Technology，Xuzhou Jiangsu 221116，China

³ School of Mining Safety，North China Institute of Science and Technology，Langfang Hebei 065201，China

出版时间: 2025-04-28 doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.04.1040

文章导航

摘要

收起

为阐明页岩储层甲烷(CH₄)原位燃爆在狭缝内爆燃转爆轰(DDT)距离、最大爆炸压力(P_max) 等传播特性，自主搭建多尺寸可调的三维平板狭缝燃爆试验系统，开展4种水力直径下的甲烷-氧气预混燃爆试验，并结合数值模拟研究高压状态下的页岩气燃爆特性。结果表明：甲烷-氧气预混气体在水力直径1.9~11.43 mm内可以维持燃爆自持传播；P_max与最大爆炸升压速率均与初始压力成正比，呈现线性增长的关系；在水力直径11.43 mm下甲烷-氧气预混气体P_max接近理论爆轰压力，随着水力直径的减小，P_max与初始压力的倍率逐渐降低；初始压力与DDT距离间符合幂函数关系，提升初始压力或降低水力直径，均可缩短DDT距离，从而加快DDT的发生；高压条件下页岩气爆炸特性模拟结果表明，甲烷-氧气预混气体爆炸超压可达到330 MPa，能够对岩石裂隙充分压裂。

关键词

页岩气 / 甲烷(CH₄) / 狭缝 / 燃爆 / 爆燃转爆轰(DDT)

Abstract

收起

To investigate the methane DDT distance and maximum explosion pressure (P_max) in shale fractures，a multi-scale adjustable 3D planar slit detonation system was developed. Experiments with methane-oxygen premixed gas under 4 different hydraulic diameters，along with numerical simulations，were conducted to examine shale gas combustion under high pressure. Results show that methane-oxygen premixed gas can sustain self-propagating explosion within a hydraulic diameter range of 1.9 to 11.43 mm. Both P_max and peak pressure rise rate increase linearly with initial pressure. Under a hydraulic diameter of 11.43 mm，P_max closely approaches theoretical detonation pressure. As the hydraulic diameter decreases，the P_max-to-initial pressure ratio decreases. The initial pressure and the DDT distance follow a power-law relationship. Increasing the initial pressure or reducing the hydraulic diameter can shorten the DDT distance，thereby accelerating the DDT. The simulation shows that methane-oxygen premixed gas explosions can produce an overpressure of 330 MPa，capable of fully fracturing rock cracks.

Key words

shale gas / methane / fractures / explosion / deflagration-to-detonation transition (DDT)

引用本文

邵昊副教授, 蔡毅, 杨涛教授, 吴征艳副教授, 胡焕, 姚志远. 页岩气在狭缝中燃爆超压及爆燃转爆轰特性研究. 中国安全科学学报, 2025 , 35 (4) : 51 -58 . DOI: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.04.1040

Hao SHAO, Yi CAI, Tao YANG, Zhengyan WU, Huan HU, Zhiyuan YAO. Study on explosion overpressure and deflagration-to-detonation transition characteristics of shale gas in fractures[J]. China Safety Science Journal, 2025 , 35 (4) : 51 -58 . DOI: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.04.1040

正文

收起

0 引言

收起

甲烷原位燃爆压裂技术通过引爆页岩储层原位解吸的混合高压甲烷与氧气，产生高压气体和冲击波压裂页岩、扩展并沟通天然裂缝^[1-3]，同时，清除缝内堵塞以降低气体流动阻力，提高储层页岩气的渗透能力及抽采效率^[4-5]。压裂前需要人工射孔或利用水力压裂形成初始狭缝^[6]，由于初始狭缝宽度普遍在10mm以内^[7-8]，因此，研究在毫米级狭缝中页岩气的燃爆特性对丰富气体燃爆理论及指导现场改善压裂效果具有重要意义。

近年来，学者们对狭窄通道内发生的爆轰现象开展了研究。GAO Yan等^[9]研究得到了适用于各种管道的爆轰胞格尺寸与水力直径在爆轰极限下的临界关系式。喻健良等^[10]观察到内径12.7mm的圆管中爆轰波的传播行为与管道的初始压力有直接关系。FAY^[11]提出受边界层效应的影响，近极限条件下小尺度通道内的爆轰波速度往往低于理论预测值。GAO Yan等^[12]发现，H₂-O₂-Ar预混气体在圆管中的爆轰波传播随管径减小，壁面边界层效应变得更为显著，导致爆轰速度降低。ZHANG Bo等^[13]的研究表明：不同当量比的CH₄/O₂混合气体在内径为36mm的圆管中，初始压力下降时混合气体爆轰敏感性降低，爆轰速度降低，且诱导区越长，速度亏损越多。对于小尺度通道内的爆轰波传播研究，WU Mingxun等^[14]发现，不同内径管道爆轰波的传播模式不同，且内径为0.5mm的微管存在爆轰波亏损及熄爆现象。PAN Zhenhua等^[15]讨论了狭缝宽度和初始压力大小对爆轰波传播的影响。

现有研究多集中于狭窄通道小尺寸圆管低压气体爆炸特性，关于爆炸超压的变化特性研究较少。笔者拟针对承压页岩气在狭缝中的爆炸超压、传播问题及初始压力对燃爆压裂的影响，设计搭建试验系统装置，并结合数值模拟方法，分析CH₄/O₂预混气体的狭缝燃爆特性，以期为现场压裂工艺优化提供理论支撑。

1 页岩气狭缝燃爆试验系统与方法

收起

1.1 岩气狭缝燃爆试验系统

图1为多尺寸可调三维平板狭缝燃爆试验系统装置，该装置包括平板狭缝管道系统、配气系统、高能电火花点火系统、高精度爆炸压力数据采集系统和高帧率高速摄影系统。

狭缝管道主体由前平板、后平板、垫片、防爆透明玻璃用螺栓紧固密封压合组成的密闭空间，矩形狭缝宽W为20mm，长L为1 000mm，狭缝高度H为变量，通过使用不同厚度的垫片调节。

管道的后平板上设置有6个圆形接口连接其他系统，火花塞接口与压力传感器接口位于反应区域两端。此外，还包括抽气口、进气口、排气口、以及压力表接口。接口布置位置如图2所示。其中，点火点距离左侧壁面10mm，压力传感器测点距右侧壁面990mm。对于点火口的设计，在前平板对应位置预留一个长和直径均为20mm的电火花点火腔体，以便气体顺利起爆。

压力传感器量程0~20MPa，采集频率400 kHz；动态数据采集系统有8/16个并行采集通道，通道最高采样频率可达400 kHz；高速摄像机用于拍摄记录火焰在狭缝管道内的传播过程；高能点火装置，装置的工作电压设定为220±10%V/50Hz，工作电流2.5A，单次储能20 J，火花频率14次/s；点火能量满足CH₄/O₂预混气体的最小点火能量需求。

1.2 页岩气狭缝燃爆试验方法

在爆轰试验中需要将矩形狭缝流道等效对应的水力直径D_h(mm)^[16]作为核心参数：

(1)

D h = 2 W H / (W + H)

当H = 8、5、3和1mm时，对应的D_h分别为11.43、8.00、5.22和1.90mm。CH₄/O₂预混气体当量比Φ=1、点火能量20J、初始温度T₀为300K，初始压力P₀为0.01~0.3MPa(绝)。

2 页岩气狭缝燃爆试验结果与分析

收起

2.1 页岩气在狭缝中的燃爆超压特性参数

2.1.1 爆燃稳定传播临界压力的确定

表1为CH₄/O₂预混气体在不同D_h和P₀条件下的3次重复爆炸试验结果。可以看出，D_h = 8.00、11.43mm时，维持爆燃的临界压力P_c为0.01MPa；D_h = 1.90、5.22mm时，P_c为0.015MPa。这说明随着D_h的减小，P_c增大。由于D_h的减小提高狭缝的边界层黏性与壁面摩擦力，进而增大爆轰波的速度与能量损失，只有增大P₀才能维持自持传播。

2.1.2 初始压力对狭缝燃爆超压特性的影响

1) P₀对P_max的影响。图3为在D_h=5.22mm、T₀ = 300 K，P₀ = 0.06、0.1和0.18MPa下，CH₄/O₂预混气体爆炸压力随时间变化的曲线。当P₀ = 0.06MPa时，P_max = 0.843MPa，两者比例为14.10；当P₀升至0.10和0.18MPa时，P_max增大至1.351和2.406MPa，两者比例分别为13.50和13.36。

图4为试验测得的不同D_h、不同P₀ 时的最大爆炸压力P_max，从中可以看出，随着P₀的增大，P_max呈线性增长趋势。这与文献[17-18]的研究结果一致。这是因为P₀的增大提高了CH₄/O₂预混气体密度，进而提升了活性分子数及分子间碰撞频率，为链式反应提供了更多的自由基；自由基的持续反应与可燃气体反应速率快速上升促进产生了更多热量和能量，燃爆与压力波耦合加速传播，增大作用在狭缝壁上的压力，从而使可燃气体的P_max增大。

2) P₀对爆炸最大升压速率(dP/dt)_max的影响。图5为D_h = 5.22mm、T₀ = 300 K，P₀ = 0.06、0.1和0.18MPa下，dP/dt随时间变化的曲线。可以看出，不同P₀下dP/dt变化趋势大致相同，初期经平稳阶段后在1ms内dP/dt快速增大至最大值，之后骤降并震荡回升，最终变化速率稳定为0；P₀为0.06、0.10和0.18MPa时，最大爆炸升压速率(dP/dt)_max分别为2 132.5、3 535.0和6 486.0MPa/s。

图6为D_h = 5.22mm时试验测得的不同P₀ 时的(dP/dt)_max，其拟合关系式为：

(2)

(d P / d t) m a x = 51.69 + 3 500 P 0

因此，CH₄/O₂预混气体爆炸参数(dP/dt)_max和P_max均与P₀呈现线性增大的关系。P₀越高，爆炸强度越强，页岩压裂效果越好。

2.1.3 水力直径对燃爆参数的影响

图4为不同D_h和P₀下的P_max曲线，可以看出，相同P₀不同D_h下，P_max与P₀的倍率不同，且随着D_h减小，倍率也随之减小。Φ = 1时，CH₄/O₂预混气体爆轰压力P_CJ约是P₀的32倍^[17]。当D_h = 11.43mm时，P_max接近P_CJ，为30.57倍P₀，爆炸压力损失较小。当D_h减小时，爆炸压力损失增大，说明D_h减小会抑制爆炸。由于(dP/dt)_max与P_max正相关，D_h减小也会导致(dP/dt)_max明显下降。

无量纲化处理D_h，令无量纲化参数

D h *

=(D_h-D_h，min)/(D_h，max-D_h，min)。图7为P_max/P₀随

D h *

的变化，其拟合关系式为P_max/P₀=11.008+0.223exp(

D h *

/0.268)，R² = 0.996。由L和爆轰波平均传播速度V(1 250m/s)可得(dP/dt)_max的出现时间Δt为0.8ms；又(dP/dt)_max=2(P_max-P₀)/Δt，有：

(3)

(d P / d t) m a x = 25 025 P 0 + 1 172.5 P 0 e x p (D h * / 0.268)

2.2 页岩气狭缝燃爆的DDT距离研究

2.2.1 DDT距离的确定

由于试验条件和观测方法的限制，所得的爆燃转爆轰(Deflagration-to-Detonation Transition，DDT)距离^[19-20]多为近似值。根据Zel'dovich-von Neumann-Döring理论模型^[21]，DDT过程中火焰锋面与前导压力波耦合向前传播，此时火焰的传播速度会突然急速上升，因此，可以通过观测火焰传播速度及火焰锋面的变化来确定爆轰波的起爆位置。通过高速摄像拍摄火焰传播图像以计算爆轰波的传播速度，并与CJ(Chapman-Jouguet)理论速度V_CJ对比，将火焰速度为0.8V_CJ所对应的火焰传播位置作为DDT距离^[10]。

图8和图9分别为P₀ = 0.1MPa、D_h = 5.22mm时的火焰传播图像及与其对应的速度分布。由图8可知：每张火焰传播图中火焰前锋距离的变化，框内位置火焰由指形火焰进一步拉伸为尖端火焰，火焰锋面距离急剧增大，推断发生了DDT。由图9可明显观察到火焰速度快速上升并逐渐降低至稳定值的过程。当火焰传播速度达到0.8V_CJ时，DDT发生，并最终形成稳定的爆轰波，该位置到点火端的距离为DDT距离，DDT距离为475mm。

2.2.2 初始压力对DDT距离的影响

图10为不同P₀下 4种D_h的CH₄/O₂预混气体的DDT距离，从中可以看出，相同D_h下，随着P₀的增加，DDT距离L_DDT减小，但减小趋势逐渐放缓。这是因为增大P₀意味着提高预混气物质的量，从而增加气体燃爆的反应速率及释放的热量，进而促使DDT发生，缩短预混气的L_DDT。L_DDT与P₀的拟合曲线符合L_DDT∝P₀^-^m (指数m的取值与预混气的爆轰敏感程度相关)，这与文献[22]的结论一致。图10中拟合曲线m的取值范围为0.38~1.04，D_h越小，m值越大，说明相同条件下在狭缝管道中更容易产生爆轰波。

根据DDT过程火焰加速理论^[23]，在狭缝管道中边界层效应更加明显，在边界层黏性力的作用下燃爆火焰被拉伸为抛物线形状，加大了火焰面积，提升了火焰传播的速度；快速传播的火焰产生压力激波，在边界层的影响下压力激波与火焰发生耦合产生超音速爆轰波，导致狭缝管道中DDT距离更小，时间也更短。

2.2.3 水力直径对DDT距离的影响

图11为不同P₀下DDT距离随D_h的变化，在P₀ 为 0.04~0.25MPa范围内，DDT距离随D_h的增大呈线性增加趋势，拟合关系为L_DDT=xD_h+y，x、y为拟合常数，取值范围分别为12.12~31.5和132.7~715.4。

综合上述分析可知：在同一狭缝尺寸下可以通过提升P₀来缩短DDT距离，降低狭缝尺寸也会导致DDT距离减小，从而加快DDT的发生，使页岩气燃爆压力达到最大效果。

2.3 高压环境下页岩气狭缝燃爆过程数值模拟

受安全性限制，通常只能进行低压气体燃爆试验，而井筒内的页岩气通常可以达到数十兆帕。为深入研究高压条件下页岩气在狭缝的燃爆特性，使用ANSYS Fluent流体动力学软件^[24-25]，采用剪切应力输运模型，模拟从稳定燃烧到爆轰全过程。

2.3.1 数值模拟模型的建立

利用二维模型仿真分析页岩气在狭缝中的爆炸过程，L取1 000mm，H取8mm。网格划分采用0.1mm四边形网格。采用甲烷氧化的21组分25步反应模型^[26]，并选择涡耗散概念模型计算。压力修正方程采用压力隐式分裂算法求解^[24]。时间上采用一阶隐式离散，空间上对流项和扩散项分别采用二阶迎风格式和二阶中心差分格式。

初始条件为：狭缝内充满CH₄/O₂预混气体，其Φ为1；初始压力值设定为0.1、1、5、10MPa；初始温度T取 300 K；初始混合气体静止，即v(t₀) = 0m/s；在模型的左侧中心设定一个半球形区域作为引爆源，其半径为2mm，温度设定为2 000 K，点燃时该区域内甲烷和氧气完全反应以启动爆炸。

边界条件为：狭缝管道为两端封闭的空间，没有进出口边界；考虑到可燃气体的爆炸过程非常短暂，壁面散失的热量可忽略不计，因此，将狭缝壁面设定为无滑移、无渗透的绝热壁面边界条件。

2.3.2 数值模拟模型的验证

图12为D_h = 5.22mm、P₀ = 0.1MPa的CH₄/O₂预混气体燃爆模拟与试验的压力时间曲线对比。可以发现，P_max出现的时间和曲线变化大致相同，其中P/P₀和最大爆轰速度的模拟值与试验误差分别为4.8%和7.5%，说明模拟结果合理。

2.3.3 数值模拟结果分析

表2为其他初始条件和边界条件不变，P₀= 0.1、1、5、10MPa时的爆轰压力与温度、DDT距离、dP/dt及爆轰波传播速度的模拟结果。可以看出，随着P₀的提升，爆轰压力也随之增大，二者间呈正相关。dP/dt随着P₀的增大线性快速增强。当P₀增大至10MPa时，狭缝中爆轰压力为330MPa，远大于页岩储层中页岩的破断压力(约100MPa)^[8]。因此，通过在狭缝中投放高压氧气，页岩气原位燃爆技术可形成巨大的爆炸超压与压裂效果。

3 结论

收起

1) 页岩气在狭缝内爆炸的最大爆炸压力与最大爆炸升压速率均与初始压力成正比关系；狭缝的水力直径越小，爆炸压力损失越大，维持爆轰波稳定传播所需要的临界压力越大。

2) 在相同水力直径下，页岩气在狭缝内爆炸的DDT距离与初始压力间符合幂函数关系，DDT距离随初始压力增大而减小；在相同初始压力下，降低狭缝尺寸也可缩短DDT距离。

3) 页岩气在狭缝内的燃爆过程模拟结果表明：爆轰压力及升压速率随初始压力提升而增强，当P₀提升至10MPa时，狭缝中爆轰压力为330MPa。

基金

收起

国家重点研发计划项目(2020YFA0711800)
国家自然基金面上项目资助(52274200)
河北省杰出青年基金资助(E2023508019)
中央高校基本科研业务费资助(3142021008)

参考文献

收起

文献

收起

参考文献引证文献

排序方式：

[1]

翟成, 曲占庆, 邓守春, 等. 页岩储层甲烷原位燃爆压裂理论与技术研究进展[J]. 中国矿业大学学报, 2024, 53(3):435-455.

ZHAI

Cheng

, QU

Zhanqing

, DENG

Shouchun

, et al. Strategic conception and research progress of methane in-situ deflagration fracturing technology in shale reservoirs[J]. Journal of China University of Mining and Technology, 2024, 53(3):435-455.

[2]

翟成, 王宇, 刘厅, 等. 不同燃爆载荷作用下页岩破裂特性及孔裂隙结构改性规律[J]. 煤炭学报, 2023, 48(12):4269-4283.

ZHAI

Cheng

, WANG

, LIU

Ting

, et al. Fracture characteristics and pore structure evolution law of shale under different methane explosive fracturing loads[J]. Journal of Coal Science and Engineering, 2023, 48(12):4269-4283.

[3]

贾真真, 叶青, 杨卓华. 瓦斯爆炸冲击-地应力动静载荷下巷道壁面损伤特性[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(10):116-123.

JIA

Zhenzhen

, YE

Qing

, YANG

Zhuohua

. Damage characteristics of roadway wall under dynamic-static loads by gas explosion impact and geostress[J]. China Safety Science Journal, 2024, 34(10):116-123.

[4]

余旭, 王宇, 翟成, 等. 高温-动态冲击作用下页岩微纳米孔隙结构演化特征[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(10):137-146.

, WANG

, ZHAI

Cheng

, et al. Evolutionary characteristics of shale micronano pore structures under high-temperature dynamic impact[J]. Journal of Safety Science and Technology, 2023, 33(10):137-146.

[5]

王宇, 翟成, 唐伟, 等. 循环冲击载荷作用下页岩动力学响应及能量耗散特征[J]. 爆炸与冲击, 2023, 43(6):76-89.

WANG

, ZHAI

Cheng

, TANG

Wei

, et al. Dynamic response and energy dissipation characteristics of shale under cyclic impact loadings[J]. Explosion and Shock Waves, 2023, 43(6):76-89.

[6]

牟恭雨, 罗宁, 申涛, 等. 聚能射流侵彻页岩储层损伤裂隙形成机制[J]. 爆炸与冲击, 2023, 43(3):85-101.

Gongyu

, LUO

Ning

, SHEN

Tao

, et al. Mechanism of damage-induced fracture formation in shale reservoir penetrated by shaped charge jet[J]. Explosion and Shock Waves, 2023, 43(3):85-101.

[7]

李东传, 陈奕君, 邹雪岩. 聚能射孔对注聚影响试验研究[J]. 采油工程, 2022(4):58-61.

Dongchuan

, CHEN

Yijun

, ZOU

Xueyan

. Experimental study on the effect of shaped charge perforating on polymer flooding[J]. Oil Production Engineering, 2022(4):58-61.

[8]

高岳, 王涛, 严子铭, 等. 页岩气高效开采中钻井完井和水力压裂的关键力学问题[J]. 力学学报, 2022, 54(8):2248-2268.

GAO

Yue

, WANG

Tao

, YAN

Ziming

, et al. Key mechanical problems of well drilling and completion and hydraulic fracture in highly efficient extraction of shale gas[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2022, 54(8):2248-2268.

[9]

GAO

Yan

, NG

H D

, LEE

J H S

. Minimum tube diameters for steady propagation of gaseous detonations[J]. Shock Waves, 2014, 24(4):447-454.

[10]

喻健良, 高远, 闫兴清, 等. 初始压力对爆轰波在管道内传播的影响[J]. 大连理工大学学报, 2014, 54(4):413-417.

Jianliang

, GAO

Yuan

, YAN

Xingqing

, et al. Effect of initial pressure on propagation of detonation wave in round tube[J]. Journal of Dalian University of Technology, 2014, 54(4):413-417.

[11]

FAJ

J A

. Two-Dimensional gaseous detonations: velocity deficit[J]. Physics of Fluids, 1959, 2(3):283.

[12]

GAO

Yan

, ZHANG

, NG

H D

, et al. An experimental investigation of detonation limits in hydrogen-oxygen-argon mixtures[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2016, 41(14):6076-6083.

[13]

ZHANG

, LIU

Hong

, YAN

Bingjian

. Investigation on the detonation propagation limit criterion for methane-oxygen mixtures in tubes with different scales[J]. Fuel, 2019, 239:617-622.

[14]

Mingxun

, WANG

Chanyu

. Reaction propagation modes in millimeter-scale tubes for ethylene/oxygen mixtures[J]. Proceedings of the Combustion Institute, 2011, 33(2):2287-2293.

[15]

PAN

Zhenhua

, QI

Jun

, PAN

Jianfeng

, et al. Fabrication of a helical detonation channel: effect of initial pressure on the detonation propagation modes of ethylene/oxygen mixtures[J]. Combustion and Flame, 2018, 192:1-9.

[16]

徐正坦. 流体力学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2020:275.

[17]

胡斌斌. 小尺度管道中甲烷—氧气爆炸特性实验研究[D]. 北京: 北京理工大学, 2016.

Binbin

. Experimental study on explosion characteristics of methane-oxygen in small scale pipeline[D]. Beijing: Beijing Institute of Technology, 2016.

[18]

曹小龙. 甲烷/气相助燃剂燃爆特性及其燃爆致裂页岩的机理研究[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2023.

CAO

Xiaolong

. Research on explosion characteristics of methane/gaseous phase combustion promoters and mechanism of fracturing shale by explosion[D]. Xuzhou: China University of Mining and Technology, 2023.

[19]

MEHR

S H

, CICCARELLI

. DDT run-up distance in an obstructed tube[J]. Combustion and Flame, 2023, 255: DOI:10.1016/j.combustflame.2023.112906.

[20]

YANG

Zixin

, YUE

, TAO

, et al. Experimental study of DDT run-up distance and detonation wave velocity deficit for stoichiometric hydrogen-oxygen mixture in micro spiral channels[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2024, 49(2):253-263.

[21]

KITANO

, FUKAO

, SUSA

, et al. Spinning detonation and velocity deficit in small diameter tubes[J]. Proceedings of The Combustion Institute-PROC COMBUST INST, 2009, 32(2): 2355-2362.

[22]

YANG

Zixin

, YUE

, HUO

Jiepeng

, et al. Experimental investigation on the DDT run-up distance and propagation characteristics of detonation wave in a millimeter-scale spiral channel filled with hydrogen-air mixture[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2024, 51(2):713-726.

[23]

刘丹丹. 细管道中氢-空气混合物火焰加速与爆燃转爆轰数值模拟研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2022.

LIU

Dandan

. Numerical Simulation of flame acceleration and deflagration-to-detonation of hydrogen-air mixture in narrow channels[D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2022.

[24]

ZHANG

Yang

, ZHANG

. Flow process and energy release of hydrogen in fluorine[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2023, 48(5):2044-2054.

[25]

WANG

Weijian

, YE

Qing

, JIA

Zhenzhen

. Numerical investigation of dual-source gas explosion dynamics in h-type tunnels under varied enclosed situations[J]. Energy Science & Engineering, 2024, 12(11):15 078-15 091.

[26]

SMITH

G P

, GOLDEN

D M

, FRENKLACH

, et al. GRI-Mech 3.0[EB/OL]. [2024-06-10]. http://combustion.berkeley.edu/gri-mech/ http://combustion.berkeley.edu/gri-mech/

2025年第35卷第4期

PDF下载

437

157

引用本文

BibTeX

文章信息

doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.04.1040

接收时间：2024-12-05
首发时间：2025-07-05
出版时间：2025-04-28

补充材料

相关文章

文章信息

作者

出版历史

收稿日期：2024-12-05
修回日期：2025-02-27

基金

国家重点研发计划项目(2020YFA0711800)

国家自然基金面上项目资助(52274200)

河北省杰出青年基金资助(E2023508019)

中央高校基本科研业务费资助(3142021008)

作者信息

¹ 中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州 221116

² 中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，江苏徐州 221116

³ 华北科技学院矿山安全学院，河北廊坊 065201

通讯作者:

**杨涛(1983—)，男，山东济宁人，博士，教授，主要从事矿井瓦斯灾害防治及控制技术、煤矿动力灾害防治方面的研究。E-mail：yangtao585@163.com。

参考文献

分享链接

https://castjournals.cast.org.cn/joweb/zgaqkxxb/CN/10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.04.1040

分享至

全文二维码

扫描看全文

引用本文

BibTeX

本文的引用情况

2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

关闭全屏

BibTeX
EndNote
RefWorks
TxT

D_h/mm	1.90	5.22	8.00	11.43
P_c/MPa	0.015	0.015	0.01	0.01

D_h/mm

1.90

5.22

8.00

11.43

P_c/MPa

0.015

0.01

P₀/ MPa	爆轰压力/ MPa	爆轰温度/ K	DDT 距离/ mm	$d P d t$ / (MPa·s^-1)	爆轰波传播速度/ (m·s^-1)
0.1	3.08	4 160	440	7 700	2 145
1.0	31	4 220	263	77 500	2 256
5.0	160.5	4 500	140	401 250	2 468
10.0	330	4 623	110	828 960	2 500

P₀/
MPa

爆轰
压力/
MPa

爆轰
温度/
K

DDT
距离/
mm

d P d t

/
(MPa·s^-1)

爆轰波
传播速度/
(m·s^-1)

0.1

3.08

4 160

440

7 700

2 145

1.0

4 220

263

77 500

2 256

5.0

160.5

4 500

140

401 250

2 468

10.0

330

4 623

110

828 960

2 500