专栏名称: PCEC 可持续发展服务

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PCEC观察 | 氢爆炸，炸的到底是个啥？

PCEC 可持续发展服务 · 公众号 · · 2024-12-25 08:30

正文

为什么人们一提到氢气便会立即与“危险、爆炸”联想在一起呢？原因是人们被氢弹爆炸的威力吓坏了。事实上，氢弹爆炸的威力不是氢的核聚变。其毁灭性能量都是来自于铀的核裂变，需要由原子弹的核裂变产生的超高温来引发核聚变反应。

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氢气易燃易爆、燃烧范围宽、点火能量低、扩散系数大，且对材料力学性能具有劣化作用，故氢气在制备、储存、运输、加注和使用过程中均具有潜在的泄漏和爆炸危险。

一、氢自燃

高压氢气泄漏后在没有点火源的情况下会发生自燃。英国Kingston大学火灾爆炸研究中心对600多起氢气事故统计发现，80%的火灾爆炸事故的点火源未被发现，属于氢自燃现象。对于氢自燃机理，目前国际上尚无定论，主要包括负焦耳-汤姆逊效应、静电点火机理、扩散点火机理、瞬间绝热压缩和热表面点火机理。近年来氢自燃研究主要集中在扩散点火机理下高压氢气泄漏后产生自燃的条件。

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二、氢喷射火

氢气可燃范围广，点火能量低，从高压储氢容器或输氢管道、液态储氢容器和燃料电池泄漏被立即点燃后，均可形成射流火焰，称为氢喷射火。氢喷射火研究现阶段具有良好的发展。美国圣地亚国家实验室(SNL)已开展十多年的氢湍流喷射火研究，研制出一系列先进的氢燃烧试验设备，并开展了大量的试验研究，为氢燃烧模型的建立提供了基础数据。

研究人员基于算法和平台，嵌入基于大涡模拟思想的涡耗散概念燃烧模型改进的模型，对不同喷射速度和喷口直径的低速氢喷射火进行了模拟研究。

三、氢爆燃爆轰

氢气与空气形成的蒸气云爆炸事故屡见不鲜，通常的蒸气云爆炸均属于爆燃范畴，属于不稳定过程。爆燃过程中，火焰不断加速，甚至会加速到超音速，从而形成爆轰波。蒸气可燃云爆炸过程中火焰加速 (FA) 和爆燃爆轰转变 (DDT) 是影响爆炸强度的关键因素。对于FA和DDT多年的试验和数值模拟研究表明，火焰传播速度主要受到空间受限程度及障碍物的影响。

当氢气爆燃发生在封闭设备内，压力瞬间可升到初始压力的十几倍。为避免发生氢气高压力爆炸事故，通常在设备上安装超压泄放装置 (TPRD) ，如安全阀和爆破片等。