预混火焰传播和爆燃转爆轰（DDT）是火灾与爆炸安全领域的重要研究课题。爆轰传播速度极快、超压极大,是一种破坏力巨大的灾害性现象。此外,爆轰可作为一种高效高能量的燃烧方式,因此在能源利用和燃烧推进方面也具有重要的应用价值。另一方面,氢作为一种高效清洁能源具有广阔的发展前景。然而氢气相比传统燃烧具有更高的火灾和爆炸危险性,且氢气爆燃更容易转变为爆轰,因此深入研究氢气在空气中的火焰传播与DDT特性和机理对氢能的安全应用具有重要的现实意义。细管道或狭窄空间为氢气使用中常见的结构,如燃料电池系统的输氢管道和狭缝等。一旦在其中形成氢-空气混合物,遇点火源则发生爆炸。本文采用高精度计算流体动力学（CFD）方法,对细管道中氢-空气预混火焰的火焰演化、加速和DDT机理进行研究,旨在揭示氢-空气预混火焰加速和DDT的特性与机理,并阐明管道宽度、壁面粗糙度和未燃物初始条件等因素的影响规律。计算中,采用五阶WENO数值格式和二阶显式Runge-Kutta算法求解可压缩、反应性Navier-Stokes方程组;优化了可同时兼顾火焰、爆轰与DDT的校准化学反应-扩散模型,并借助该模型对氢-空气混合物的燃烧过程进行描述。主要结论如下:边界层效应在细管道内火焰加速和DDT过程中起主导作用。在早期阶段,火焰在边界层拉伸作用下形成抛物线形火焰面,火焰面积显著增加,火焰不断加速。在火焰加速后期,由于壁面摩擦产生的粘性加热效应,在火焰前沿前方的边界层中会产生超快火焰,并为DDT的发生提供条件。DDT发生在边界层火焰之间、被前导激波压缩的未燃气体中。DDT的直接诱发机理为两个临近的高温火焰前锋相互接触,从而导致接触点处热流量瞬间高度集中,形成爆轰起爆所需的反应性梯度,最终使得爆轰从面接触点处引发。管道宽度对火焰加速和爆轰传播模式具有重要影响。对管道宽度与氢-空气混合物层流火焰厚度（0.345mm）同量级的光滑管道进行模拟计算,考虑了六种管道宽度（d=0.25 mm、0.5 mm、1mm、2 mm、3 mm、5 mm）。结果表明当管道宽度d≥1 mm时,火焰加速出现明显的分阶段特征。根据火焰速度与时间的关系分为指数加速阶段和线性加速阶段。对于一个大气压下、300K的氢-空气预混气体,爆轰能够发生并自我维持传播的光滑管道宽度范围为0.25 mm＜d＜3 mm（管道长度l≤6m时）。虽然管道宽度对DDT引发机理影响很小,但对DDT发生后爆轰波的传播模式具有很大的影响。当d≥0.5 mm时,爆轰以准稳态或单头爆轰模式传播;而当管道宽度足够小时,即d=0.25mm,爆轰波不断衰减直至失效,最后解耦成激波和稳定传播的高速火焰。壁面粗糙度对火焰加速和DDT发生时间/位置具有较大影响。为研究绝热粗糙壁面条件的影响,在宽度为5mm的管道顶壁和底壁铺设连续排列的等边三角形以模拟粗糙元。将粗糙管道模拟结果与光滑管道进行比较分析,结果发现壁面粗糙度越大,火焰面褶皱、折叠程度越强,火焰加速效应越明显。当壁面粗糙度Ra＞0.1时,粗糙元的存在促进了火焰加速并更快引发爆轰起爆,DDT发生时间和距离均随壁面粗糙度增加而减小。当粗糙度Ra≤0.1时,虽然火焰加速过程的特征和火焰结构与光滑管相似,但粗糙元的存在增强了边界层内的粘性剪切作用和湍流流动,对火焰加速也具有促进作用。初始温度和初始压力对火焰加速和DDT的影响不同。为研究未燃气体初始温度和初始压力的影响,分别对1 mm管道中初始温度为300～450K、初始压力为1～3 atm的预混火焰燃烧过程进行数值模拟。结果发现在初始压力一定时,火焰加速与能量释放之间的正向循环导致火焰速度随初始温度的增加而增加,并促进爆轰起爆。因此,DDT发生距离、过驱爆轰传播距离、爆轰产物的压力和密度参数均随初始温度升高而减小。相比之下,初始压力对火焰加速和DDT具有减缓的作用。当初始温度不变时,初始压力越高,细管道内火焰加速速率降低、DDT发生距离增加。这是因为火焰加速主要受边界层影响,而边界层厚度随初始压力的增加而降低,从而导致边界层效应减弱。