煤礦井下瓦斯爆炸事故是最為嚴重的礦井災害之一，為了預防和控制礦井瓦斯爆炸，國內外學者對瓦斯爆炸特性進行了大量的研究，取得的研究成果多是基于宏觀靜止狀態下的瓦斯氣體爆炸。但是，煤礦井下大量瓦斯集中噴出或涌出時，釋放到井巷風流中，由于濃度梯度和風流脈動作用在風流中逐漸擴散稀釋，被風流攜帶而流動 [1]。所以，研究流動氣體爆炸問題具有重要的實際應用價值。H.W.Emmons 等[2]推算過擬動態條件下爆炸的管道出口壓力；陳愛平[3]研究了管道內流動氣體流動阻礙作用和流量對爆炸特性的影響；王寶興[4]研究了通風對強瓦斯爆炸的作用。湍流是井下氣體最常見的流動狀態，尤其在瓦斯爆炸過程中，由于爆炸激波受巷道內障礙物及巷道尺寸變化等因素的誘導可產生強烈的湍流。為此，本文利用20L 近球形氣體爆炸反應裝置，測試甲烷在宏觀靜止和湍流兩種狀態下的爆炸極限、爆炸壓力、爆炸壓力上升速率及爆炸壓力峰值時間等基本參數，分析湍流對甲烷爆炸特性的影響，可為有效防治礦井瓦斯爆炸災害提供一定的指導。
1 實驗概述
1.1 實驗系統的構成
實驗系統主要由20L 爆炸反應罐、配氣系統、點火系統及測量系統四部分組成，其具體構成如圖1 所示。
爆炸反應罐容積約20L，最大內徑30cm，內部空間高35cm；壓力傳感器響應時間1ms，量程為0~1MPa，精度為0.3%F.S；精密數字壓力計量程為0~±101.3 KPa，分辨率為0.01Kpa；儲氣罐容積0.6L；儲氣罐壓力表量程為0~4MPa，精度為0.4；點火源為能量約1 焦耳的電起爆煙火點火具，點火位置在反應罐中心。測試過程中，儲氣罐高壓空氣的釋放、點火及爆炸壓力測量是由電腦通過控制器進行控制的。電磁閥開啟后，儲氣罐高壓空氣充入反應罐，經歷預設的延遲時間后，點火電極自動引爆點火具進行起爆，同時壓力傳感器進行數據采集（采集時間0~500ms），并保存至計算機。
1.2 實驗方法及條件
實驗參照GB/T 12474-90《空氣中可燃氣體爆炸極限測定方法》，利用漸近法測試甲烷在空氣中的爆炸極限，爆炸判據參考美國標準材料實驗協會（ASTM）所確定的實驗判據，即點火后實驗壓力升高7%或以上。參照GB803-89《空氣中可燃氣體爆炸指數的測定》，對甲烷爆炸壓力、爆炸壓力上升速率及爆炸壓力峰值時間等參數進行測試。實驗中烷-空混合氣體采用分壓法在爆炸反應罐內進行配制。實驗在烷-空混合氣體處于宏觀靜止和湍流兩種狀態下進行上述參數的測試，氣體流動狀態的改變是在配制混合氣體時通過儲氣罐高壓空氣的釋放來實現的。本實驗點火延遲時間設定為500ms，通過高壓空氣釋放前儲氣罐壓力表征點火時混合氣體的湍流程度。實驗室環境溫度為 14.6~21℃，濕度為54~74％RH，爆炸初始壓力為常壓。
