近年来,气体爆炸事故时有发生,给工业安全生产带来了严重的威胁。为了降低气体爆炸带来的损失,本文采用侧向泄爆的方法对典型的管道内甲烷爆炸进行泄放,分析侧向泄爆在有无障碍物管道内对甲烷爆炸特征的影响规律。本文自主设计、搭建了100×100×1000 mm3的小尺寸管道,在管道上方开设不同位置和面积的侧向泄爆口。管道内可根据不同工况设置不同位置和阻塞率的障碍物。使用两个不同位置的压力传感器和高速摄像机分别采集管道内甲烷爆炸的超压信号和火焰传播图像,用来分析侧向泄爆对管道内甲烷爆炸特征的影响规律。并采用Fluent数值模拟的方法,对部分典型工况进行模拟,用来验证实验规律,并分析侧向泄爆对甲烷爆炸的泄放机制。首先,本文研究了无障碍物管道内,侧向泄爆位置和面积对甲烷爆炸特征的影响规律。结果表明,侧向泄爆效果并不随着侧向泄爆口和点火点之间距离的增加而单调下降。侧向泄放效果受到侧向泄爆口和末端泄爆口的共同影响。当火焰分别在侧向泄爆口前方和后方传播时,侧向泄爆口内外的压力差对火焰传播有相反的影响作用。爆炸超压高压阶段持续时间和侧向泄爆口位置显著相关,表现为随着侧向泄爆口和点火点之间距离的增大而逐渐增加。这点不同于爆炸超压峰值和侧向泄爆口位置的关系。当火焰在侧向泄爆口之前传播时,侧向泄爆口对火焰不仅有加速作用。同时由于泄爆口会带走了部分燃料和爆炸能量,也会对火焰起到减速作用。具体的影响效果和泄爆口面积大小有关。在同一泄爆位置,随着泄爆口面积的增大,甲烷爆炸超压峰值明显降低,泄放效果更好。在侧向泄爆口附近区域,泄爆口面积的大小对该区域超压峰值的影响较小,而对距离泄爆口较远区域的超压影响比较大。其次,本文研究了内置障碍物管道内,侧向泄爆位置、面积和障碍物阻塞率对甲烷爆炸特征的影响规律。在内置障碍物管道内,侧向泄爆口可以高效泄放爆炸,且泄放效果随着侧向泄爆口和点火点之间距离的增大而单调减弱。当火焰在侧向泄爆口/障碍物之前传播时,侧向泄爆口/障碍物对火焰传播的影响作用很小,而当火焰达到侧向泄爆口/障碍物之后,火焰才开始显著受到侧向泄爆口/障碍物的影响。同时,障碍物诱导的爆炸超压越大,侧向泄爆口对超压的泄放效果越好,泄放效率越强。当面积较小的侧向泄爆口设置在障碍物前方时,障碍物的存在会促进火焰通过侧向泄爆口泄放,从而有利于侧向泄爆口减速火焰传播。而对于侧向泄爆口面积较大时,由于侧向泄爆口面积较大,泄爆口本身对火焰的泄放作用就较强,从而障碍物对侧向泄爆口泄放火焰的影响较小。当火焰经过障碍物时,障碍物对火焰传播始终有促进作用。随着障碍物阻塞率增大,这种对火焰传播的加速作用逐渐增强。再次,本文基于障碍物管道内侧向泄爆对甲烷爆炸特征的影响规律,分析得到了侧向泄爆口和障碍物相对位置对甲烷爆炸特征的影响规律。当侧向泄爆口设置在障碍物前方时,在火焰受到障碍物强烈的激励作用之前,火焰已经通过侧向泄爆口泄放,从而侧向泄爆口可以起到高效泄放超压和减速火焰传播的作用,且泄放效果对侧向泄爆口面积的敏感度较低。当火焰经过障碍物时,爆炸强度较低,障碍物对火焰的激励作用较弱,且这种激励作用对障碍物阻塞率敏感度较低。而当侧向泄爆口设置在障碍物后方时,当火焰经过障碍物时,障碍物的激励作用使爆炸强度增强,火焰传播速度增加。且这种激励作用对障碍物阻塞率非常敏感。当火焰达到侧向泄爆口时,火焰已经受到障碍物强烈的激励作用,爆炸强度较大,火焰横向传播速度较高,不利于侧向泄爆口发挥泄放作用,侧向泄爆效果较弱,且泄放效果对侧向泄爆口面积非常敏感。最后,本文采用Fluent数值模拟对部分典型工况进行模拟。结果表明,Charlette模型对管道内甲烷爆炸火焰传播过程的模拟效果较好,可以重现爆炸火焰的传播过程、火焰结构和超压的变化趋势。且流场迹线图和速度矢量图直接表明侧向泄爆口发挥作用主要是火焰传播达到侧向泄爆口位置及之后。当火焰在侧向泄爆口后方传播时,管道内流场基本以火焰前锋为分界线,火焰前锋后方已燃区流场迹线朝向侧向泄爆口,且侧向泄爆口附近的速度较大;火焰前锋前方未燃区流场迹线朝向管道末端,但速度矢量较小,火焰传播动力较弱。在障碍物管道内,随着障碍物阻塞率增大,流场迹线方向分界线逐渐从火焰前锋后移至已燃区。