高压氢气在泄漏过程中会发生自燃，并诱发火灾爆炸事故，严重阻碍氢能的推广与应用。因此，本书面向氢能产业中高压储氢安全的重大需求，对高压氢气泄漏自燃动力学进行探讨，重点论述了高压氢气泄漏自燃的发生机理、动力学特性及其火焰传播机制，为我国高压储氢安全防控提供理论基础和科学依据。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 氢能的应用现状 1
1.1.1 氢能应用概括 1
1.1.2 氢能发展中存在的问题 3
1.2 氢能的安全性 4
1.2.1 氢气的物理化学性质 4
1.2.2 氢气的安全属性 4
1.2.3 氢气的危险属性 5
1.3 氢气储存技术 6
1.3.1 常见氢能储存方式 6
1.3.2 不同储氢方式能源利用效率对比 7
1.4 高压氢气泄漏致灾问题 8
1.4.1 氢气泄漏致灾动力学过程 8
1.4.2 高压氢气泄漏自燃现象 9
1.5 高压氢气泄漏自燃研究趋势 10
参考文献 12
第2章 高压氢气泄漏自燃的基础理论与研究方法 15
2.1 氢气点火机制 15
2.1.1 逆焦耳-汤姆孙效应 15
2.1.2 静电点火 15
2.1.3 扩散点火 16
2.1.4 瞬时绝热压缩 17
2.1.5 热表面点火 18
2.1.6 机械摩擦和撞击 18
2.1.7 小结 18
2.2 火焰传播动力学概述 19
2.2.1 层流预混火焰 19
2.2.2 湍流预混火焰 23
2.2.3 非预混（扩散）火焰 27
2.3 高压氢气泄漏自燃的实验研究方法 32
2.3.1 实验系统设计 33
2.3.2 实验测量方法 39
2.3.3 实验程序 40
2.4 高压氢气泄漏自燃的数值模拟研究方法 41
2.4.1 控制方程和数值算法 43
2.4.2 燃烧模型 47
参考文献 48
第3章 高压氢气泄漏激波传播特性 55
3.1 激波管流动理论 55
3.2 平直管道内激波传播特性 59
3.2.1 管道内激波产生和传播过程 59
3.2.2 泄放压力对激波强度的影响 61
3.2.3 管道长度对激波强度的影响 62
3.2.4 管道直径对激波强度的影响 66
3.2.5 管道横截面形状对激波强度的影响 68
3.2.6 管道横截面改变对激波强度的影响 70
3.2.7 管道内障碍物对激波强度的影响 75
3.2.8 泄放口开口率对激波强度的影响 77
3.3 异形管道内激波传播特性 80
3.3.1 U形管道内激波传播特性 80
3.3.2 不同角度弯管道内激波传播特性 82
3.4 杂质气体掺混对激波传播特性的影响研究 87
3.4.1 不同浓度甲烷掺混对激波传播特性的影响 87
3.4.2 不同浓度一氧化碳掺混对激波传播特性的影响 89
3.4.3 不同浓度氮气掺混对激波传播特性的影响 90
3.5 激波传播特性对氢气自燃的影响分析 93
参考文献 94
第4章 高压氢气泄漏自燃影响因素及其作用规律 96
4.1 高压氢气泄漏自燃发生的理论分析 97
4.1.1 理论点火临界压力预测 97
4.1.2 自燃发生影响因素分析 98
4.2 泄放压力对自燃发生的影响规律 99
4.3 平直管道的尺寸对自燃的影响规律 103
4.3.1 管道长度的影响 103
4.3.2 管道直径的影响 105
4.4 平直管道内结构变化对自燃发生的影响规律 110
4.4.1 横截面形状的影响 110
4.4.2 变截面结构的影响 113
4.4.3 管道内障碍物的影响 119
4.5 异形管道结构对自燃发生的影响规律 120
4.5.1 U形管道结构的影响 120
4.5.2 不同角度弯管结构的影响 123
4.6 泄放口开口率降低对氢气自燃的抑制作用 125
4.7 管道内气体成分对自燃发生的影响规律 127
4.7.1 甲烷掺混对自燃的影响 127
4.7.2 一氧化碳掺混对自燃的影响 129
4.7.3 氮气掺混对氢气自燃的影响 133
4.8 耦合多特征参数的高压氢气泄漏自燃预测模型 136
4.8.1 高压氢气泄漏自燃影响因素 136
4.8.2 特征参量的选取 137
4.8.3 量纲分析 139
4.8.4 相关性验证 140
4.8.5 预测模型构建 141
参考文献 143
第5章 高压氢气泄漏自燃动力学特性的数值模拟 147
5.1 模型有效性及网格无关性验证 147
5.1.1 数值方法检验 147
5.1.2 网格独立性测试 151
5.2 高压氢气泄漏自燃特性及其机理 153
5.2.1 激波作用下氢-空气混合层的温度演化规律 153
5.2.2 高压氢气泄漏自燃的初始点火时间和位置 158
5.3 自燃火焰的形成及其传播特性 161
5.3.1 可燃氢-空气混合层的发展 161
5.3.2 火焰传播规律 164
5.4 纯氢气点火的化学反应动力学分析 167
5.4.1 敏感性分析 167
5.4.2 反应路径分析 169
5.4.3 活性自由基浓度分析 169
5.4.4 热释放及化学反应速率分析 170
5.5 甲烷添加对氢气点火影响的化学反应动力学分析 171
5.5.1 敏感性分析 171
5.5.2 氢-甲烷混合气的反应路径分析 171
5.5.3 甲烷添加对活性自由基浓度影响分析 173
5.5.4 甲烷添加对热释放及化学反应速率影响分析 174
参考文献 176
第6章 基于可视化实验的管道内自燃火焰传播机制 178
6.1 火焰图像识别方法 178
6.2 平滑矩形管道内高压纯氢气泄漏自燃火焰成长机制 180
6.2.1 自燃火焰传播动力学 180
6.2.2 氢气自燃火焰及火焰成长机制 185
6.3 管道内障碍物对高压氢气泄漏自燃火焰的影响 187
6.3.1 障碍物位置对氢气自燃的影响 187
6.3.2 管道内火焰加速机理研究 193
6.4 杂质气体掺混对氢气自燃火焰的影响 196
6.4.1 不同浓度甲烷影响 196
6.4.2 不同浓度一氧化碳影响 200
6.4.3 不同浓度氮气影响 203
参考文献 209
第7章 氢气自燃火焰传播特性及诱发喷射火行为特征 212
7.1 自燃火焰在管外传播的微观动力学 213
7.1.1 管外激波传播特征及喷射火形成的临界条件 213
7.1.2 管外火焰微观结构 216
7.1.3 管外火焰传播特性 219
7.2 局部受限空间内自燃诱发爆燃的燃烧特性 221
7.2.1 爆燃火焰发展 221
7.2.2 爆燃超压特性 224
7.3 喷射火焰形成及发展特征 228
7.3.1 高压氢气喷射火的形成过程 228
7.3.2 氢气喷射火的行为特征 229
7.3.3 氢气喷射火形态的演变机制 229
参考文献 234
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