市政污水管道中液态水对甲烷爆燃特性的影响机制研究

本文通过建立半封闭水平管道数值模型，系统研究了液态水高度对甲烷(CH4)爆燃特性的双重调控作用。研究发现：液态水会促使压力-时间曲线主峰从单峰结构转变为双峰结构，并通过蒸发吸热显著抑制爆燃峰值温度（ΔTmax↓）和火焰传播速度（Vflame↓），其抑制效果随水位高度和传播距离递增。该研究为城市地下管网（如排水/燃气并行系统）的爆炸灾害防控提供了重要理论依据。

　　

Highlight

(1) 在无水条件下，水平管道内各测点的压力-时间曲线呈现先升后降的赫姆霍兹振荡(Helmholtz oscillation)。随着液态水高度的增加，压力振荡的收敛频率趋于紊乱，压力主峰结构从无水时的单峰转变为双峰。液态水对爆燃压力峰值同时存在"促进"和"抑制"的双重作用。

爆燃压力-时间变化曲线分析

根据模拟结果，图4展示了不同水位高度(0-5 cm)下各测点的压力-时间变化曲线。可见无水条件(0 cm)下，各测点曲线形态相似：压力急剧上升至峰值后快速下降，随后出现反复振荡。随着水位升高，这种规律性振荡逐渐被打破。

结论

(1) 液态水显著抑制爆燃温度峰值，且抑制效果随水位升高而增强。水相蒸发会加剧管道内爆燃温度的衰减。

(2) 液态水对火焰传播速度(V_flame)具有明显抑制作用，该效应随传播距离增大而增强。不同水位对火焰速度的抑制规律相似。