网状铝合金抑爆材料抑爆性能研究

为评价网状铝合金材料的阻隔防爆性能,基于多孔材料的阻隔防爆机理,采用抑爆材料抑爆性能测试装置和可燃气体爆炸箱及高速摄像机,研究材料在不同填充密度、不同留空率下对液化石油气的燃爆压力的影响,及液化石油气火焰在填充材料的爆炸箱中的传播过程。试验结果表明:填充密度为35 kg/m3、留空率为5%时,材料抑爆性能最好;当抑爆材料在容器内的填充密度一定时,其燃爆压力随留空率增加而增加;与未填充材料相比,填充材料后火焰衰减;此外,得到填充密度、留空率和燃爆压力间的数学拟合公式。降低留空率、增加填充密度能够更好地提高阻隔防爆性能。     

密闭储罐内填充非金属多孔材料后预混可燃气体火焰传播的数值模拟

采用商业软件Fluent 6.3建立了二维的多孔介质中湍流燃烧模型,对密闭储罐内多孔介质中丙烷-空气预混燃烧进行数值模拟。结果表明:火焰在空爆时比在填充多孔材料后发展的快得多,空爆时表压数量级为106,而填充多孔材料后表压数量级为104,说明此非金属多孔材料有很好的阻火性能和抑爆性能;且多孔材料的平均孔径越小,其阻火防爆性能越好。     

新型多孔非金属材料阻火抑爆性能研究

为评价新型材料的阻火抑爆性能,采用抑爆性能测试装置,对比分析新型材料在不同填充密度、留空率下对最高爆炸压力的影响;对比最佳填充密度为35 kg/m~3的金属材料与填充密度为22.4 kg/m~3新型材料在不同留空率下的最高爆压,分析2种材料的抑爆性能;对比2种材料中的火焰传播过程,分析两者的阻火性能。结果表明:当填充密度为22.4 kg/m~3、留空率为5%时,新型材料抑爆性能最佳,最高爆炸压力仅为27 kPa;与空爆状态相比,填充新型材料后最高爆压明显下降;留空率为5%,填充密度为22.4 kg/m~3时新型材料的阻火抑爆性能均优于填充密度为35 kg/m~3的金属材料。降低留空率、增加填充密度能够有效改善新型材料的阻火抑爆性能。     

多孔聚丙烯复合材料的抑爆性能研究

为分析填充多孔材料对管道中瓦斯爆炸压力的抑制效果,采用自主搭建的气体爆炸测试平台,试验研究多孔聚丙烯复合材料的内径、填充位置和填充长度等参数影响瓦斯爆炸压力的机制。结果表明:与空管道爆炸状态比较,填充多孔材料后最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率都明显降低;当填充多孔材料为实心,即内径为0 mm,填充在距离点火源最近处、填充长度为2 m时,管道末端最大爆炸压力值衰减69.64%,最大爆炸压力上升速率降低58.31%,对瓦斯爆炸压力的抑爆效果最佳;改变材料内径、填充位置和填充长度等因素均会对多孔材料的抑爆性能产生显著影响。     

PVDF球形多孔材料的抑爆性能研究

为分析聚偏氟乙烯(PVDF)球形多孔材料对管道内甲烷-空气预混气体的抑爆性能，自主搭建气体爆炸测试平台，试验研究球形多孔材料填充密度及填充方式等因素对甲烷-空气预混气体爆炸的影响机制。结果表明：与空爆相比，填充多孔材料后，管道内爆炸超压及最大爆炸超压上升速率均明显降低；对甲烷-空气的抑制效果与材料的填充密度呈正相关，当填充密度为0.077 g/cm³时，球形多孔材料对爆炸超压的抑制率达到54.7%,最大爆炸超压上升速率降低了58.3%;改变材料的填充方式显著影响管道内的气体爆炸超压，采用分散填充的方式增强了多孔材料对最大爆炸超压的抑制作用，在填充密度(为0.038 5 g/cm³时)不变的情况下，对管道末端气体最大爆炸超压的抑制率达到66%。说明改变材料填充密度和填充方式均会影响多孔材料对甲烷-空气预混气体爆炸的抑制效果。     

非金属阻隔防爆材料防爆性能综合评价研究

采用不同起爆能量的激波管、等效静爆试验和30mm杀爆燃弹炮击试验模拟实际应用中球形阻隔抑爆材料的防爆性能。试验表明:激波管内球形阻隔抑爆材料(Q-EPM)比金属铝合金抑爆材料(J-EPM)的防爆效果高28%;等效静爆试验中Q-EPM可阻止弹药爆炸引燃燃料,不会形成高温场及地面池火;30mm杀爆燃弹炮击试验中Q-EPM阻止了燃料的燃烧或爆炸,与空白燃料和装填J-EPM的油箱相比,保持了油箱的完整性。球形阻隔抑爆材料能有效阻止燃料燃烧与爆炸等"二次效应"带来的危害,适用于用油设备的安全防护。     

网状多孔材料防爆性能研究进展

易燃易爆危险化学品事故影响大、危害广,给人们生活和企业生产带来了较大影响,抑制危险化学品火灾爆炸愈来愈引起人们的关注.介绍了多孔材料的基本信息,重点综述了网状多孔抑爆材料防爆性能的实验和数值模拟研究现状,提出了研究中存在的问题:(1)实际应用中,由于容器内部形状限制或内部仪器对容器空间的占用,填充材料时不可能都选取最佳的填充密度和留空率,应根据实际情况选择,但目前尚没有作为材料抑爆性能主要因素的填充密度、留空率与抑爆压力间的数学经验公式;(2)实验测得的抑爆压力为瞬时的间隔值,不一定是过程中的最高压力,由于材料的不透明性,高速摄像机不能完全观察到火焰具体的传播状况.最后结合最新的研究成果提出实验和数值模拟的设想,为以后的研究提出参考.     

网状材料抑制中尺度密闭空间爆炸试验研究

为研究非金属多孔材料对中尺度密闭空间油气爆炸的抑制作用,搭建Φ700 mm×3 300 mm圆管试验系统,以新型网状高分子材料为抑爆介质,开展油气爆炸抑制试验。结果表明:网状高分子材料能使油气爆炸最大超压值下降94%,平均升压速率下降98%,湍流发展和振荡加强过程明显削弱;材料的阻火性能效果良好,只要在满足标准规范的条件下填充该抑爆材料,就能完全阻止油气爆炸火焰的通过;抑爆后的材料虽然存在较小程度的破损和烧结,但整体保存较好。     

网状金属材料对火焰波阻隔作用的实验研究

为了研究网状金属材料对火焰波的阻隔作用,设计了可架设阻隔材料的气体爆炸箱,借助高速摄像机及ProAnalyst软件,测定了不同点火位置、不同网状金属材料条件下的气体爆炸后火焰波运动状态,进而分析了网状金属材料在该条件下对火焰波的阻隔作用。实验表明:在无阻隔物时,气体爆炸后的火焰波以球形向四周传播,其速度趋势呈抛物线形变化,存在一个速度的峰值;设置阻隔物后,火焰波遇阻隔物发生形变,垂直于阻隔物方向速度峰值降低,但同时水平方向传播速度加快,阻隔物距离点火源越近,这些现象越明显;在相同点火距离下,对于不同金属的阻隔物,火焰波垂直方向传播速度及其峰值以及到达峰值的时间与材料的导热系数具有负相关性。可见,从位置上看,阻隔物靠近点火源,可以有效阻隔垂直火焰波;从材料上看,选择导热系数大的金属阻隔材料,不但可以有效阻隔垂直火焰波,还可以使阻隔作用提前,起到双重的阻隔效果。     

煤矿瓦斯爆炸阻隔爆技术现状及展望

煤矿主要采用隔爆水棚或岩粉棚来抑制瓦斯爆炸火焰传播,但此类技术仅针对一次性瓦斯爆炸,而缺乏对多次及连续瓦斯爆炸的有效阻隔爆手段。仅注重对燃烧波的淬熄作用,对造成很大破坏的冲击波的衰减效果不足。多孔介质的淬熄火焰和衰减冲击波的效能已得到国内外专家的重视,实验研究了多层丝网和多孔材料如泡沫铝和泡沫陶瓷的阻隔爆效果。泡沫陶瓷作为一种多孔介质,具有开孔率大、耐高温、抗冲击力强的优点。理论分析和实验研究表明,由于壁面的多次撞击效应,多孔介质可以有效地销毁瓦斯燃烧化学反应产生的自由基数量,抑制化学反应的放热,使化学反应不能自持进行,进而淬熄燃烧火焰传播;可以大幅衰减瓦斯爆炸的冲击波强度,起到同时淬熄燃烧火焰和衰减冲击波的作用。多孔介质有望成为煤矿井下一种新型的瓦斯爆炸阻隔爆材料和方法。     

障碍物压力反射特性对瓦斯爆炸传播影响的数值模拟研究*

为了研究不同形状障碍物对瓦斯爆炸传播的影响机理，对直径0.2 m、长6.5 m的密闭直管道内的瓦斯爆炸过程进行数值模拟。研究结果表明:在该实验条件下，对于火焰通过整个管道的时间，方形障碍物时间最长，球形障碍物与无障碍物时间接近，且用时最短；无障碍物时，在反射压力波作用下火焰传播速度存在明显的波动特性；有障碍物时，障碍物的诱导作用要大于反射压力波的作用，火焰传播的这种波动特性得到抑制，提升了火焰前锋向未燃区域传播的能力；压力波的波动频率与气流震荡、压力波反射叠加有关，波幅则主要与正向压力波和反射压力波的叠加效果有关。研究结果为煤矿瓦斯爆炸事故防治及隔抑爆技术应用提供技术支撑。     

空腔及其耦合水袋抑制瓦斯爆炸实验研究

为探索一种新型瓦斯抑爆技术,设计宽径比分别为1.5,2.5,4的矩形空腔体,并基于自行搭建的长36 m,管径为200 mm的大型瓦斯爆炸实验系统,通过在管网中铺设不同宽径比空腔体结构开展抑爆实验。此外依托支护简单的宽径比为2.5的空腔体,在腔体内填充不同质量水袋开展实验,以期进一步提高空腔体抑爆性能。结果表明:对于长径比为2.5、高径比为1的空腔体在实验宽径比范围内均能在一定程度上抑制瓦斯爆炸强度;随着腔体宽径比的增加,截面面积变化率增大,火焰及冲击波超压峰值衰减幅度越大,抑爆效果越佳;空腔耦合抑爆剂水能提高腔体的抑爆效果,在实验范围内较纯空腔可使火焰抑制率最大提高70%,超压峰值抑制率最大提高263%。     

气体密度和初压对炸药爆炸压力衰减的影响*

为研究气体密度和初压对爆炸压力的影响,以球形装药为例,在LS-DYNA中模拟不同气体密度、环境初压和真空度条件的TNT炸药爆炸,分析空气冲击波的形成过程和衰减规律。研究结果表明:在爆炸初期冲击波的波阵面位于爆炸产物边界,产物压力与冲击波压力存在强耦合作用;随着爆炸产物自身压力下降,其膨胀速度减慢,冲击波开始与爆炸产物分离,当产物中心压力下降为环境初压时,冲击波与爆炸产物彻底分离,其后以空气冲击波的形式独立传播。降低气体密度可以通过抑制冲击波形成,大幅降低爆炸压力;减小环境初压则通过加快冲击波的衰减速度,也可以在一定程度上降低爆炸压力。相较于单独改变密度和压力,提高真空度对冲击波压力的减小效果更好;近真空环境下无法形成空气冲击波,爆炸压力衰减速度快。     

泄爆口参数对氢气火焰传播过程影响的数值模拟*

为了减少管内气体爆炸造成的损失与破坏,基于大涡模拟LES模型和Zimont燃烧模型,研究泄爆尺寸(直径为40,60,80 mm)和泄爆位置(侧方距点火端1,3,5 m)等泄爆条件对受限空间中氢气燃爆特性的影响。研究结果表明:大孔径泄爆口更好的排放效果造成火焰锋面在通过泄爆口时发生严重畸变,而泄爆口与点火端距离的增加则会削弱火焰锋面畸变的程度,且不同尺寸泄爆口产生的泄压效果差异较大。因此,应考虑将合适尺寸的泄爆口设置于靠近易燃点处。通过探索不同泄爆孔径与泄爆口位置对氢气火焰传播的影响规律,可为实际应用中的安全泄爆起到指导性作用。     

甲烷爆炸传播过程膜状障碍物的激励效应研究

针对管状空间内膜状障碍物对甲烷爆炸传播的激励效应现象,基于机理分析进行了数值模拟和实验研究,计算分析薄膜附近爆炸冲击波压力峰值大小与火焰速度变化,同时运用激波管道进行相同工况条件下的实验,并对两者结果对比分析,发现有无膜状障碍物的压力峰值相差6倍以上。研究表明,膜状障碍物的激励效应是破膜以后形成的带压燃烧,提高了燃烧速率,导致甲烷爆炸的火焰传播速度剧增。实验结果一定意义诠释了同样数量的甲烷气体爆炸在不同环境内后果上的巨大差异,研究结果对矿井瓦斯爆炸事故调查及防治具有指导意义。     

初始瓦斯浓度对爆炸温度影响实验研究*

为探索瓦斯爆炸过程中温度变化规律,基于球形爆炸实验,研究不同初始瓦斯浓度条件下爆炸温度及爆炸温度与爆炸压力之间的相互作用关系。结果表明:随初始瓦斯浓度升高,在6.5%(低浓度)、9.5%(当量浓度)、12%(高浓度)时出现爆炸温度极大值,分别为995,932,1 153 K;爆炸过程中温度延迟时间及升温时间与初始瓦斯浓度曲线均呈U型变化,当初始瓦斯浓度约为9.5%(当量浓度)时,温度延迟时间及升温时间变化较小;当初始瓦斯浓度在爆炸上限浓度（16%）和下限浓度（5%）附近时,受瓦斯浓度影响变化较大;初始瓦斯浓度在9.5%时,瓦斯爆炸过程中的压力波促进火焰燃烧波的反向传播,出现二次升温现象。研究结果可为完善瓦斯爆炸温度变化机理、提高灾害防控技术提供依据。     

球形压力容器中甲烷-氢气-空气爆炸过程数值模拟及实验研究

为研究受限空间内甲烷-氢气-空气混合气体爆炸特性参数分布规律,在20 L球形压力容器装置内开展甲烷-氢气-空气混合气体爆炸实验,探究掺氢比变化对当量比为1的甲烷-氢气-空气混合气体爆炸过程的影响;运用Fluent数值模拟软件,采用标准k-ε湍流模型,结合层流有限速率燃烧模型,探究混合气体爆炸过程中燃烧特性(爆炸温度、压力、密度等)与反应时间的变化规律。研究结果表明：爆炸过程中,添加一定氢气时爆炸压力峰值、爆炸压力上升速率峰值增大,而到达峰值时间缩短;反应初期,中心点火处密度下降,反应釜各处密度持续上升;距离点火点越远,密度变化越大,反应釜中压力分布基本相同。研究结果可为甲烷-氢气-空气混合燃料的安全使用提供相关参考。     

高海拔矿井掘进巷道瓦斯爆炸火焰传播规律数值模拟*

为研究高海拔矿井瓦斯爆炸火焰传播规律，运用数值模拟方法，建立矿井掘进巷道瓦斯气体爆炸数学及物理模型，并对海拔高度为0，1 000，2 000，3 000，4 000 m时的爆炸火焰传播速度、温度和冲击波压力进行研究。结果表明:瓦斯浓度和聚集体积量一定的掘进巷道发生瓦斯爆炸时，随着海拔高度的升高，火焰传播速度增大，且海拔每升高1 000 m，瓦斯气体聚集区和非聚集区的平均火焰传播速度分别增大4.7%和1.9%，掘进巷道内同一位置受到的瓦斯爆炸火焰最高冲击波压力随着海拔高度增加而显著降低，且呈二次函数关系，达到最大冲击波压力和最高火焰温度的时间缩短，最高爆炸火焰温度受海拔高度的影响较小。     

惰性气体抑制瓦斯爆燃火焰传播特性实验研究*

为研究惰性气体抑制瓦斯爆燃火焰传播特性,在自行搭建的中尺度爆炸激波管道上,采用数据采集系统、压电式传感器、火焰传感器、同步控制系统和激光纹影测试系统,通过对比4种不同喷射压力（0.5,1.5,2.5,3.5 MPa）的实验工况,选用N2做为惰性介质时抑制火焰的传播特性与喷射压力密切相关,火焰传播速度随着喷射压力增加呈现先增加后减弱的趋势。研究结果表明:少量N2在管道中扩散,加剧了未反应预混气体的扰动状态,造成火焰阵面褶皱的卷吸能力增强,进而加速化学反应进程,促进预混气体燃烧;喷射压力为1.5 MPa时,火焰阵面拉升、变形最强,火焰传播速度提高,最高可达到250 m/s;喷射压力为3.5 MPa时,火焰阵面出现明显三维凹陷结构,运动发生明显滞后现象,火焰传播速度大幅度降低至5.4 m/s,惰性气体抑制火焰传播效果明显。