目前,天然气管道的安全管理与风险评价日趋成为天然气行业的研究重点。天然气管道发生泄漏后,若未及时发现补救,气体甲烷积聚成庞大的可燃气云,极易发生爆炸灾害。爆炸的灾难性后果主要表现在其产生的强超压波,超压波在正压与负压之间不断振荡衰减,不仅会对建筑物造成不可逆的破坏,同时对人体以及生态环境都会造成严重的损害。基于气体爆炸动力学理论研究,本文主要使用CFD软件对甲烷预混气云爆炸的超压特性进行了数值模拟研究。对于在气体爆炸研究领域常用的ANSYS Fluent和FLACS两种软件,使用实验数据进行了模型验证校准,基于实验的化学反应过程和气体动力学理论,Fluent模型与本文研究的天然气管道泄漏预混气云爆炸冲击波传播特性实际工况更为符合,本文选择基于Fluent进行数值模拟分析。在无约束条件下,不同体积的甲烷预混气云爆炸产生的最大超压与气云边长符合1.5次幂指数增长规律,最大超压发生在气云的边缘处,此后以指数形式随距离衰减传播。本文总结形成了甲烷预混气云爆炸最大正负峰值超压及其传播的计算公式。将实验数据与数值模拟结果分析对比,计算得出实际工况中参与反应的当量甲烷体积约为真实体积的1/8。当障碍物存在时,气体在扩散过程中受到阻碍从而增加了湍流强度,火焰锋面褶皱增大,使得爆炸强度大幅提高,同时超压场的分布出现扭曲。对于单个障碍物,宽度的增加可以提高其对正负超压的抵御能力,而高度的增加对其抵御能力的影响存在一个阈值,出现先增大后减小的趋势。随着障碍物到爆心距离的增大,其对湍流的影响程度也是先增大后减小的,所以存在一个最坏工况使得产生的爆炸超压强度最大。对于障碍物壁面附近压力场的研究发现,正负超压都表现出在近地面的强度要大于爆心水平面上的强度,这是由于可燃气体在障碍物与地面形成的拐角处发生积聚,气体的扩散受到阻碍进而增大了湍流强度。对于障碍物内部空间,上部和两侧的超压强度相对较低,是躲避灾害的较好位置。