三元混合氣體燃料爆炸特性實驗研究

韋雙明，余明高，2，裴蓓，李世梁，康亞祥，徐夢嬌，郭佳琪

（1 河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454003； 2 重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動力學(xué)與控制國家重點實驗室，重慶 400044）

引 言

清潔能源的應(yīng)用不僅有助于解決能源安全問題[1]，對“碳達峰、碳中和”也有重要意義。二甲醚(DME)和甲烷(CH4)是常見的清潔能源，且其來源廣泛，可以由石油、天然氣、煤炭、生物質(zhì)和廢物等原料轉(zhuǎn)化產(chǎn)生[2]。DME/CH4混合燃料可應(yīng)用于發(fā)動機中，與傳統(tǒng)柴油機相比，混合燃料發(fā)動機NOx排放可以大大減少[3]。但是，DME/CH4混合燃料層流燃燒速度較低，限制了其在發(fā)動機中的高效利用。氫氣(H2)是一種清潔的氣體燃料，具有較高的層流燃燒速度，研究發(fā)現(xiàn)在DME/CH4混合燃料中添加H2可以明顯改善其燃燒性能[4]。然而H2具有較低的點火能量(約0.02 mJ)和較寬的爆炸極限(4%～75%)[5]。目前，儲罐是儲存可燃氣體的常用載體，若H2/DME/CH4混合燃料在儲存和運輸過程中發(fā)生泄漏且遇到火源時便會發(fā)生嚴重爆炸事故。因此，有必要研究H2/DME/CH4混合燃料爆炸特性以保證其安全儲存和運輸。

國內(nèi)外學(xué)者對H2、CH4、DME單一可燃性氣體的爆炸特性進行了廣泛研究。Zhang 等[6]實驗和模擬研究了球形壓力容器中H2/air 預(yù)混氣的爆炸特性，揭示了初始壓力對爆炸壓力、壓力上升速率及爆炸場的影響。Zheng 等[7]用透明管道分析了點火位置和當量比對預(yù)混H2/air 混合物爆炸特性的影響，深刻闡釋了火焰結(jié)構(gòu)和爆炸超壓的變化規(guī)律。Xiao等[8-12]在管道中研究了H2/air 預(yù)混氣的火焰?zhèn)鞑ヌ匦裕瑢Α坝艚鹣慊鹧妗卑l(fā)展過程及火焰加速行為進行了深刻分析。時高龍等[13]對CH4/O2/N2預(yù)混氣體爆炸火焰與壓力的耦合振蕩特性進行了研究，得到爆炸火焰與壓力耦合振蕩規(guī)律。余明高等[14]用管道探究了障礙物阻塞率梯度對CH4爆炸特性的影響，表明障礙物阻塞率梯度對CH4爆炸特性具有重要影響。羅振敏等[15-17]針對多元可燃氣體對CH4爆炸特性及化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)進行了系統(tǒng)性研究。譚迎新等[18]在進行CH4/air 混合物爆炸傳播研究中發(fā)現(xiàn)，在密閉空間內(nèi)爆炸最大壓力不受點火位置的影響。而Tomizuka 等[19]對DME/air 預(yù)混氣湍流火焰速度進行了模擬研究。

此外，學(xué)者們還對H2/CH4和DME/CH4二元混合燃料爆炸特性進行了研究。Li等[20]研究了氫氣體積分數(shù)和初始壓力對H2/CH4/air 混合燃料爆炸特性的影響，指出添加H2會增大最大壓力上升速率。Zheng 等[21-25]實驗和模擬研究了H2添加對CH4/air 預(yù)混氣火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊?，表明H2添加會影響火焰形狀。Zhang 等[26]用定容燃燒彈系統(tǒng)研究了DME/CH4混合燃料在空氣中的爆炸特性，研究表明混合燃料中二甲醚組分的增加會增大最大爆炸壓力和最大壓力上升速率。

雖然國內(nèi)外學(xué)者在可燃氣體爆炸特性研究方面取得了豐富的研究成果，但是這些研究主要針對單一可燃氣體和二元可燃氣體。近年來，少數(shù)學(xué)者對H2/DME/CH4三元混合氣體的層流火焰速度進行了研究[4,27]，而對爆炸特性研究較少，其爆炸特性參數(shù)：爆炸壓力峰值、最大壓力上升速率及燃燒時間比較缺乏。事實上，三元混合氣體相比于單一氣體和二元混合氣體的爆炸特性更為復(fù)雜，影響因素更多，需要引起足夠重視。本文旨在利用定容燃燒彈研究各組分濃度及當量比對H2/DME/CH4/air預(yù)混氣爆炸特性的影響，進而得到爆炸特性參數(shù)的變化規(guī)律，為H2/DME/CH4三元混合氣體儲存裝置安全設(shè)計提供理論指導(dǎo)。

1 實驗設(shè)計

1.1 實驗裝置

實驗在標準20 L 球形爆炸裝置中完成，實驗裝置如圖1所示，主要由定容燃燒彈、點火系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。定容燃燒彈是有效容積為20 L的球形容器，耐壓能力可達20 MPa，在定容燃燒彈的壁面上對稱安裝著兩塊直徑為110 mm、厚度為50 mm 的圓形石英玻璃，為紋影儀提供光學(xué)通道以便觀察火焰發(fā)展過程。點火系統(tǒng)包括電火花發(fā)生器和點火電極，點火能量設(shè)定為1.0 J，電極直徑和間距分別為1.5 mm和1.0 mm。配氣系統(tǒng)包括真空泵和高壓氣瓶。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括高速相機、壓力傳感器和計算機，高速相機型號為Speed Sense VEO 710，拍攝速度根據(jù)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊牟煌O(shè)置為5000～7000 幀/s，圖像分辨率最大為1280×800；爆炸壓力采用PMC131G 型壓力傳感器進行采集，量程為-0.1～2.0 MPa，采集頻率和精度分別為5000 Hz、0.1%。

圖1 實驗裝置圖Fig.1 Experimental setup

1.2 實驗工況及方法

本實驗主要對比研究H2/DME/CH4混合燃料各組分濃度及當量比對爆炸特性的影響。為方便研究，本文將混合燃料中各組分濃度定義為X(XH2、XDME、XCH4)，可用式(1)進行表示

式中，VH2、VDME、VCH4分別代表混合燃料中H2、DME、CH4的體積。需要指出的是，為系統(tǒng)研究各組分濃度對爆炸特性的影響，本文將X設(shè)置為0～90%，間隔為10%，此時另外兩種組分的體積之比設(shè)置為固定值1∶1。

當量比可用式(2)計算

式中，(F/A)是燃空比的實際值，(F/A)stoic是燃空比的化學(xué)當量比值。本文當量比設(shè)置為0.6、0.8、1.0、1.2、1.4及1.6，其中，φ=1.0為化學(xué)當量濃度。

在實驗開始前首先檢查裝置氣密性，以保證氣密性良好。用真空泵將定容燃燒彈抽真空，根據(jù)道爾頓分壓定律依次通入所需的燃料和空氣，所有氣體純度均大于等于99.9%。需要注意的是在通氣過程中要將通氣電磁閥流量調(diào)整至合適大小，以免形成強湍流對實驗結(jié)果造成影響。點火信號同步觸發(fā)高速相機和壓力傳感器采集火焰圖像和爆炸壓力。實驗結(jié)束后將定容燃燒彈內(nèi)產(chǎn)生的廢氣排出準備下次實驗。為保證實驗準確性和可重復(fù)性，每個工況均至少進行三次重復(fù)實驗。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 火焰?zhèn)鞑ヌ匦苑治?/h3>

圖2所示為當量比為1時不同H2/DME/CH4組分濃度下的球形火焰?zhèn)鞑ゼy影圖像。由于視窗觀察范圍有限，本文僅對火焰邊緣未達到視窗邊界時的火焰?zhèn)鞑ヌ匦赃M行分析。如圖所示，在所有工況下，當H2/DME/CH4/air預(yù)混氣被點燃后，球形火焰以層流狀態(tài)向外傳播，火焰半徑逐漸增大，這不受混合氣組分濃度變化的影響。但是，火焰?zhèn)鞑ニ俣葎t深受混合氣組分濃度變化的影響。如圖2(a)所示，隨著混合氣中氫氣濃度XH2的增加，點火后相同時刻的火焰半徑逐漸變大。比如，當XH2=90%時，點火后5 ms 時的球形火焰正好達到視窗邊界，而對于XH2=0 而言，點火后5 ms 時的球形火焰依然很小。這表明球形火焰?zhèn)鞑ニ俣入S著XH2的增加而明顯增加。此外，還可以看出隨著XH2的增加，火焰表面的裂紋褶皺逐漸增多，最后這些裂紋褶皺形成了胞狀結(jié)構(gòu)，使其火焰胞狀不穩(wěn)定性增強。暴秀超等[28]對預(yù)混火焰胞狀不穩(wěn)定性進行了研究，指出火焰胞狀不穩(wěn)定性主要指熱質(zhì)擴散不穩(wěn)定性和流體動力學(xué)不穩(wěn)定性。此前研究表明對于化學(xué)當量比火焰，氫氣的加入增強了H2/DME/CH4/air 預(yù)混火焰流體動力學(xué)不穩(wěn)定性，而對熱質(zhì)擴散不穩(wěn)定性影響不大，因此流體動力學(xué)不穩(wěn)定性是造成胞狀不穩(wěn)定性增強的主要原因[4]。而對于XCH4和XDME而言，火焰?zhèn)鞑ニ俣葎t表現(xiàn)出相反的變化趨勢。由圖2(b)和(c)可以看出，隨著XCH4和XDME的增加，點火后相同時刻的火焰半徑均逐漸變小。這表明球形火焰?zhèn)鞑ニ俣入S著XCH4和XDME的增加而降低。同時，火焰表面的裂紋褶皺隨XCH4和XDME的增加在減少，即球形火焰表面變得更加光滑，胞狀不穩(wěn)定性在減弱。

圖2 不同氫氣/二甲醚/甲烷濃度下球形火焰?zhèn)鞑ゼy影圖像（φ=1.0）Fig.2 Schlieren images of spherical flame propagation under different hydrogen/dimethyl ether/methane concentrations(φ=1.0)

為了深入研究H2/DME/CH4組分濃度變化對火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊?，本文引入平均火焰?zhèn)鞑ニ俣萐a進行詳細分析。如圖3所示，Sa被定義為球形火焰半徑r對點火時間擬合直線的斜率，以XH2=20%為例，可以看出Sa為3.34 m/s。本文是用等面積法計算r，此方法在文獻[29]中已有詳細介紹。

圖3 平均火焰?zhèn)鞑ニ俣榷x圖（XH2=20%）Fig.3 Definition diagram of average flame propagation speed（XH2=20%）

圖4 所示為H2/DME/CH4組分濃度對Sa的影響，由圖可知，Sa隨XH2的增加而增加，需要指出的是增長趨勢并不一致，即可以分成兩個增長階段，在圖4中用不同的顏色區(qū)分不同的階段。在第Ⅰ階段(0≤XH2≤50%)，Sa隨著XH2的增加而線性增加，增加較為緩慢；而到了第Ⅱ階段(50%≤XH2≤90%)，Sa隨著XH2的增加而快速增加，并非線性增長關(guān)系，這表明XH2對Sa的影響存在轉(zhuǎn)折點，轉(zhuǎn)折點為XH2=50%。對于XDME而言，Sa隨著XDME的增加而減小，這與XH2的變化趨勢相反，而與XH2類似的是其變化趨勢也可分為兩個階段。在第Ⅰ階段(0≤XDME≤50%)時，Sa隨XDME的增加而線性減??；在第Ⅱ階段(50%≤XDME≤90%)時，其變化趨勢與第Ⅰ階段類似，但減小得更為緩慢。綜上所述，對于XH2與XDME而言，其變化趨勢都存在兩個階段，其轉(zhuǎn)折點都位于X=50%處。但是，Sa隨XCH4的變化趨勢則相對簡單，即始終線性降低，并沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點?？傮w而言，Sa隨XH2的增加而增加，而隨XDME和XCH4的增加而減小。這是由于氫氣相較于二甲醚和甲烷活潑性更強，氫氣的加入增大了混合氣體的熱擴散系數(shù)，有利于氣體內(nèi)部熱量的傳播，增加了混合氣體的燃燒速率和絕熱火焰溫度，促進了火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

圖4 不同氫氣/二甲醚/甲烷濃度下平均火焰?zhèn)鞑ニ俣茸兓€(φ=1.0)Fig.4 Variation curves of average flame propagation speed under different hydrogen/dimethyl ether methane concentrations(φ=1.0)

2.2 爆炸壓力峰值pmax分析

壓力峰值pmax是爆炸達到的最大壓力，是表征爆炸強度的重要參數(shù)之一，研究混合氣體組分濃度對爆炸壓力峰值的影響具有重要意義。圖5所示為氫氣組分濃度對爆炸壓力峰值的影響，可以看出，pmax與XH2總體上呈正相關(guān)關(guān)系，同時也深受當量比φ的影響。當φ=0.8、1.0 和1.2 時，pmax隨XH2增加可以分為兩個增長階段，這與圖4 中平均火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊淖兓闆r相似。在第Ⅰ階段，XH2對pmax影響較小，基本呈線性相關(guān)關(guān)系；而到了第Ⅱ階段后pmax急劇增加。同時，需要指出的是第Ⅰ階段與第Ⅱ階段的轉(zhuǎn)折點也會隨φ的變化而變化。比如，當φ=0.8 時，第Ⅰ階段與第Ⅱ階段的轉(zhuǎn)折點Tφ=0.8為XH2=50%；當φ=1.0 時，第Ⅰ階段與第Ⅱ階段的轉(zhuǎn)折點Tφ=1.0提前到XH2=40%；而當φ=1.2 時，第Ⅰ階段與第Ⅱ階段的轉(zhuǎn)折點Tφ=1.2又推遲到XH2=60%。這表明在φ=1.0時，相對較少的H2便可引起pmax開始增加，同時也可以看出在此當量比下的pmax相比于其他當量比時更大，這在進行儲存裝置的安全設(shè)計時應(yīng)該引起足夠重視。而對于φ=0.6、1.4和1.6而言，并沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，即pmax均隨XH2的增加而線性增加。

圖5 氫氣濃度對爆炸壓力峰值的影響Fig.5 Effect of hydrogen concentration on explosion peak pressure

然而，甲烷濃度XCH4對pmax的影響則與XH2有很大不同。圖6 所示為XCH4對pmax的影響，由圖可知在所有當量比下，pmax均隨XCH4的增加線性降低。本文對pmax均隨XCH4的變化情況進行了線性擬合，擬合關(guān)系可以用式(3)進行表征

圖6 甲烷濃度對爆炸壓力峰值的影響Fig.6 Effect of methane concentration on explosion peak pressure

其中，擬合參數(shù)如表1所示，可以看出在所有當量比下式(3)的斜率均為負值，這表明pmax與XCH4呈負相關(guān)關(guān)系，而下降速率則與當量比φ相關(guān)。即在φ=1.0 附近時，比如φ=0.8、1.0 及1.2 時，pmax隨XCH4增加下降的較為緩慢；但是當遠離φ=1.0 時，比如φ=0.6、1.4及1.6時，pmax則下降的較為快速。其中，當φ=1.6時，斜率的絕對值最大，這意味著φ=1.6 時的pmax下降最快，pmax在φ=1.6時對XCH4最為敏感。

表1 式（3）的線性擬合參數(shù)Table 1 Linear fitting parameters of Eq.（3）

圖7所示為二甲醚濃度XDME對不同當量比氫氣/二甲醚/甲烷混合氣體爆炸壓力峰值的影響，根據(jù)pmax隨XDME變化的特點，可將整個過程分為兩個時期，分別為壓力增長期和壓力平臺期。以φ=1.0 為例，當XDME≤50%時，pmax隨XDME的增加而增加，這一時期可被稱為壓力增長期；但是當XDME≥50%時，XDME對pmax的影響不大，出現(xiàn)了“平臺效應(yīng)”，這一時期可被稱為壓力平臺期。由此可見，XDME對pmax的影響并不一致，當XDME較低時，pmax與XDME呈正相關(guān)關(guān)系，而當XDME較高時，XDME對pmax的影響較小。

圖7 二甲醚濃度對爆炸壓力峰值的影響Fig.7 Effect of dimethyl ether concentration on explosion peak pressure

2.3 最大壓力上升速率（dp/dt）max及爆炸指數(shù)KG分析

最大壓力上升速率(dp/dt)max被定義為壓力-時間曲線上升階段斜率的最大值[30]，它也是衡量可燃氣體爆炸強度的重要參數(shù)。為了消除燃燒室形狀對(dp/dt)max的影響，學(xué)者們對(dp/dt)max與容器容積V的關(guān)系進行了深入研究，發(fā)現(xiàn)兩者關(guān)系可用“三次方定律”表示[31]。

式中，KG為爆炸指數(shù)，單位為MPa·m/s。KG與燃料類型和初始條件有關(guān)，其數(shù)值可以用來表征爆炸強度大小，也可用于評估可燃氣體爆炸后果和安全性[32]。數(shù)值越大說明該可燃氣體在此工況下的爆炸強度越大，爆炸后果越嚴重[32]。需要指出的是(dp/dt)max與KG符合式(4)的關(guān)系，在本文中定容燃燒彈容積V為定值，因此二者具有相同的變化趨勢，并將其顯示在同一圖中。為分析當量比對(dp/dt)max及KG的影響，本文選取X=50%進行分析。圖8 所示為當X=50%時，(dp/dt)max及KG隨當量比的變化關(guān)系。由圖可知，當X=50%時，(dp/dt)max在φ=1.0時取得最大值，隨著當量比逐漸偏離φ=1.0，(dp/dt)max明顯減小。這是由于當φ<1.0 時，燃燒室中的燃料不足，空氣過剩；而當φ>1.0 時，燃燒室中的空氣不足，燃料過剩，這都會降低燃燒產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致爆炸壓力降低[30]。此外，前期研究表明H2/DME/CH4混合燃料在φ=1.0附近的層流燃燒速度最快，隨著當量比逐漸偏離φ=1.0，層流燃燒速度也在明顯減小[4]，這會增加混合氣體的反應(yīng)時間。以上兩方面因素共同導(dǎo)致了壓力上升速率的降低。

圖8 最大壓力上升速率及爆炸指數(shù)隨當量比的變化關(guān)系Fig.8 Variation of maximum pressure rise rate and explosion index with equivalence ratio

圖9所示為各組分濃度X對(dp/dt)max及KG的影響曲線，由圖可知，各組分濃度X對(dp/dt)max及KG的影響明顯不同。對于XH2而言[圖9（a）]，(dp/dt)max及KG同時受XH2和φ的強烈影響。首先對于φ=0.8、1.0 和1.2工況，(dp/dt)max的變化趨勢均可以分為兩個階段，當XH2較小時(XH2≤60%)，XH2對(dp/dt)max的影響不大，但是當XH2較大時(XH2≥60%)，(dp/dt)max則隨XH2急劇增加。以φ=1.0為例，XH2=90%的最大壓力上升速率為1508.88 MPa/s，相比于XH2=60%大幅增加了1511.12%，而XH2=60%的最大壓力上升速率相比于XH2=0 只增加了68.56%，增長趨勢明顯變緩，這表明只有當XH2增加到一定濃度時(dp/dt)max才會明顯受到XH2的影響。與φ=0.8、1.0和1.2不同，當φ=0.6、1.4和1.6時，(dp/dt)max隨XH2的增加變化較小，這表明在這三種當量比下，(dp/dt)max對XH2并不敏感。

圖9 組分濃度對最大壓力上升速率及爆炸指數(shù)的影響Fig.9 Influence of component concentration on maximum pressure rise rate and explosion index

對于XCH4而言[圖9（b）]，與XH2相似的是，(dp/dt)max及KG也受XCH4和φ的強烈影響。在所有當量比下，(dp/dt)max均隨XCH4的增加單調(diào)遞減，但是(dp/dt)max的下降速率受到φ的強烈影響。相比于XCH4=0，當XCH4=90%時，φ=0.6、0.8、1.0、1.2、1.4及1.6的(dp/dt)max分別下降了22.91%、64.68%、80.38%、76.19%、59.75%和52.12%?？梢钥闯霎敠?1.0時，(dp/dt)max下降最快，當φ逐漸偏離1.0 時，(dp/dt)max下降越來越慢，其中，φ=0.6 時下降最慢。這表明當φ=1.0 時，(dp/dt)max對XCH4最為敏感，隨著φ逐漸偏離于1.0，(dp/dt)max對XCH4敏感性變?nèi)?，?0.6 時的敏感性最弱。對于XDME而言[圖8（c）]，隨著XDME的增加，(dp/dt)max的變化規(guī)律不明顯，這與XH2和XCH4的情況明顯不同。

同時從圖9可以看出爆炸指數(shù)受到了混合氣體組分變化和當量比的強烈影響。在高氫氣組分、低甲烷組分及化學(xué)當量比下的爆炸指數(shù)相對較大，這意味著這些工況下的爆炸危險性較高，在進行儲存容器的安全設(shè)計時應(yīng)該予以高度重視。

2.4 燃燒時間tc

Xu等[33]對可燃氣體燃燒時間tc進行了研究，tc被定義為點火時刻與到達壓力峰值時刻的時間間隔[34-35]。圖10所示為燃燒時間隨各組分濃度的變化關(guān)系，由圖10(a)可知，在所有當量比下，tc隨XH2的增加而線性遞減。為了定量表征在不同當量比下tc隨XH2的線性關(guān)系，本文對其進行了線性擬合，擬合方程可表示為

表2給出了式(5)的線性擬合參數(shù)，可以看出不同當量比下式(5)的擬合度R2≥0.94，意味著tc與XH2具有較好的線性關(guān)系。此外，線性方程的斜率d均為負值，說明tc與XH2呈負相關(guān)關(guān)系，前期研究表明氫氣組分的增加會增大混合氣體的層流燃燒速度[4]，這會增大單位時間內(nèi)混合氣體的消耗速率，進而降低燃燒時間[33]。Tran 等[36]在研究合成氣/空氣混合物的爆炸特性中也得出了相似的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)提高合成氣中氫氣的比例可以降低燃燒時間。需要注意的是斜率的絕對值隨著當量比的增加先減小后增大，在φ=1.0時取得最小值，這表明隨著當量比的增加，tc對XH2的敏感性先變?nèi)鹾笤鰪?，在?1.0時敏感性最弱。

表2 式（5）的線性擬合參數(shù)Table 2 Linear fitting parameters of Eq.（5）

由圖10(b)可知，所有當量比下的tc隨著XCH4的增加而線性增加，其關(guān)系可用以下擬合方程表示

圖10 組分濃度對燃燒時間的影響Fig.10 Effect of component concentration on combustion duration

表3 給出了式(6)的線性擬合參數(shù)，可以看出式(6)的斜率f均為正數(shù)，表明tc與XCH4呈正相關(guān)關(guān)系，這與tc和XH2的負相關(guān)關(guān)系相反。Wang 等[27]對H2/DME/CH4/air 混合物的層流燃燒速度進行了研究，發(fā)現(xiàn)混合物中甲烷組分的增加會導(dǎo)致層流燃燒速度的降低，這會降低燃料的消耗速率，繼而增加燃燒時間。此外，隨著當量比的增加，線性擬合方程的斜率f先減小后增加，在φ=1.0 時取得最小值51.30，表明tc對XCH4的敏感性先變?nèi)鹾笤鰪?，且在?1.0 時敏感性最弱，這與tc對XH2的敏感性變化相同。

表3 式（6）的線性擬合參數(shù)Table 3 Linear fitting parameters of Eq.（6）

相比于XH2、XCH4與tc的線性關(guān)系，XDME對tc的影響則更為復(fù)雜，如圖10(c)所示，tc隨XDME的變化關(guān)系與φ有關(guān)。當φ=0.6和1.6時，tc隨著XDME的增加先增大后減小，分別在XDME=20%和40%時取得最大值。然而，當φ=0.8、1.0、1.2 及1.4 時，tc隨XDME的增加變化不大，幾乎不受XDME的影響。

3 結(jié) 論

本文通過研究組分濃度和當量比對氫氣/二甲醚/甲烷/空氣混合物爆炸特性的影響，得到以下主要結(jié)論。

(1)平均火焰?zhèn)鞑ニ俣入SXH2的增加而增加，隨XDME的增加而降低，且都存在轉(zhuǎn)折點；平均火焰?zhèn)鞑ニ俣入SXCH4的增加線性降低，但是并不存在轉(zhuǎn)折點。

(2)壓力峰值受XH2及φ的共同影響，當φ在1.0附近時，壓力峰值可以分為兩個階段，而當φ遠離1.0 時，壓力峰值線性增加；壓力峰值隨XCH4的增加線性降低，同時，隨XDME的增加壓力峰值可以分為兩個時期。

(3)XH2對最大壓力上升速率具有積極影響，而XCH4則對最大壓力上升速率具有消極影響，XDME對最大壓力上升速率的影響不大。高氫氣濃度、低甲烷濃度及化學(xué)當量比下的工況爆炸指數(shù)較大，在進行安全設(shè)計時應(yīng)該予以重視。

(4) 燃燒時間隨XH2的增加線性降低，而隨XCH4的增加線性增加，其線性關(guān)系均可用線性擬合方程進行表征。而XDME對燃燒時間的影響更為復(fù)雜，燃燒時間與XDME的關(guān)系與φ有關(guān)。