富氧条件下不同泄爆面积对CH4燃烧诱导快速相变的影响

为了研究富氧条件下不同泄爆面积对CH4燃烧诱导快速相变的影响,基于自主设计搭建的CH4燃烧诱导快速相变试验台,通过改变富氧系数和泄爆面积对CH4燃烧的压力振荡特性进行研究,分析了不同富氧系数E(0.21,0.3,0.4,0.6)及泄爆面积比(0,0.25,0.5,0.75,1)下CH4燃烧的压力峰值、到达压力峰值的时间及特征时间等参数的变化趋势。结果表明,随富氧系数增大,爆炸压力峰值逐渐增大。富氧系数E=0.21时,压力峰值低于相应的绝热压力,无压力振荡;当E=0.3时,压力峰值低于相应的绝热压力且伴随压力振荡。当E为0.4、0.6时,压力峰值高于相应绝热压力且伴随压力振荡;在泄爆条件下,随富氧系数增加,到达压力峰值的时间逐渐减小。通过分析不锈钢管道中的燃烧诱导快速相变现象,发现泄爆可以有效降低爆炸压力峰值,且随泄爆面积比增大,到达压力峰值的时间提前。     

缸内直喷参数对复合均质压燃发动机排放特性的影响

为了提高内燃机的热效率、降低排放,在一台由柴油机改造的均质压燃发动机上开展了正丁醇/正庚烷复合均质压燃试验。分别研究了缸内直喷时刻、直喷压力、直喷量及进气温度对发动机排放的影响,并对复合均质压燃模式下发动机的运行范围进行了对比分析。结果表明:随缸内直喷时刻推迟,CO和HC的排放先增加后减小再增加;随缸内直喷压力升高,CO的排放先升高后降低,HC的排放略有升高趋势;随总体混合气逐渐变浓CO的排放总体上有所降低,HC呈现先增后减的趋势;随进气温度不断升高HC与CO的排放均呈明显的下降趋势;NOx的排放总体处于较低水平。存在最优的直喷参数值,即φin=340°CA,pinject=6 MPa,λt=1.15,使得排放与热效率相对平衡且均获得优化。在复合均质压燃燃烧模式下,发动机运行范围得到了较为明显的拓展。     

油罐区火灾燃烧特性及水喷淋防护作用仿真研究

为提高油罐区火灾的消防应急能力,降低事故后果严重程度,基于动态火灾仿真软件FDS建立油罐火灾后果及喷淋特性仿真预测模型,研究横向风条件下油罐火灾燃烧特性,分析火焰几何特性、温度与热辐射空间分布等关键参数,根据温度与热辐射伤害准则确定危险区域范围,并评估不同喷淋强度对火灾事故的防护作用。研究表明:无喷淋条件时下风罐罐顶下方8 m范围内热辐射强度可能导致钢架结构物倒塌;从标准喷淋强度增大至1.5倍喷淋强度对于临罐的保护作用并没有明显提升。     

典型三床RTO设备燃爆危险性数值模拟研究*

为研究苯、甲苯、二甲苯混合废气在三床蓄热式废气焚烧炉内部的燃烧过程,基于FLUENT软件建立典型的三床蓄热式废气焚烧炉的物理模型和数值模型,重点分析进气风量和混合可燃气体-空气摩尔占比对其内部压力变化规律的影响,以期可为其安全设计提供借鉴。研究结果表明:燃烧室内的温度变化与燃烧速度变化保持一致,可通过监测RTO燃烧室内的温度来定性评估气体燃烧速度,随着进气风量的增加,混合废气燃烧速度先升高后下降后再升高;从能源损耗和安全生产2个方面综合考虑,得出RTO运行的最佳进气风量为15 000 m3/h到30 000 m3/h,最佳的混合可燃气体-空气摩尔占比为0.15~0.2,这与RTO实际工况相符合,解释RTO装置内废气积聚导致爆炸事故的原因,燃烧过程中压力出现2次峰值超压,实际生产中需在2个时间节点多加防范。     

汽油、甲醇汽油和乙醇汽油燃爆特性的对比研究

为对比研究93号汽油、甲醇汽油M85和乙醇汽油E10的燃烧爆炸危险特性,首先测得影响其燃爆性能的主要理化参数,然后利用20 L爆炸球装置,试验考察油样在不同喷气压力条件下的雾化爆炸情况,并用液体燃料可持续燃烧性能测定仪,测定它们的燃烧情况以及火焰特征。结果表明,50 m L油样在同一喷气压力下,M85产生的最大爆炸压力和平均压力上升速率高于93号汽油和E10。当测定仪的油盘温度为40℃时,3个油样的着火延迟时间相差不大;在整个燃烧过程中,3个油样的火焰最高温度从高到低依次为:M85,E10,93号汽油,M85的燃烧持续时间较长。     

基于FLACS的CH4/CO2/air混合气爆炸参数分析

利用FLACS软件分析初始压力、初始温度对CH4/CO2/air混合气的爆炸温度、最大爆炸压力的影响;并与计算值对比。结果表明:①初始压力对爆炸温度、爆炸前后压力比影响可以忽略。常温变压条件下二氧化碳浓度增加,爆炸温度与爆炸前后压力比基本呈线性降低。常压变温条件较复杂,二氧化碳浓度升高爆炸温度降低;初始温度对低浓度（<15%）二氧化碳混合气爆炸温度几乎没有影响,而高浓度（>15%）二氧化碳混合气爆炸温度随初始温度增加而升高;最大爆炸压力随二氧化碳浓度以及温度升高而降低。②在设定条件下,低浓度（5%~10%）二氧化碳混合气爆炸温度计算值与模拟值相对误差小于5.5%,吻合较好;最大爆炸压力计算值与模拟值相对误差在6.5%～10.5%之间。     

点火提前角对焦炉气天然气混燃发动机燃烧特性的影响分析

为了研究不同点火提前角对焦炉气与天然气混燃发动机燃烧特性的影响,对一台6缸焦炉气发动机,运用CATIA建立其燃烧室模型。在相同的条件下,运用CFD分析软件研究了6种点火提前角（θig）下焦炉气与天然气发动机的燃烧特性。模拟表明:随着θig的提前,缸内的压力、温度、NO生成量的峰值都会升高且提前,当θig推迟到-12 ℃A以后时,出现严重的后燃现象,使得排放温度升高;当θig提前到-25 ℃A之前时,NO的生成量和缸内流速迅速增加,快速燃烧在压缩上止点之前10 ℃A范围内,发动机做负功;当θig为-15 ℃A时,虽然NO的生成有所增加,但是增加的不是很大,并且压力、温度、快速燃烧都在做功行程接近上止点的位置。     

基于CFD的大型储油罐区池火灾数值模拟*

为研究大型储油罐区池火灾温度、热辐射强度、流速、组分等燃烧特性参数在油罐外不同区域的变化规律，以10万m3原油储罐区为研究对象，构建罐区池火灾燃烧数学模型，运用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）技术进行数值模拟研究。结果表明:整个火场温度大致呈锥形分布，火焰温度最高可达1 500 K，纵向来看，底部温度较高，上部温度逐渐降低，径向来看，中心温度较高，周围温度逐渐降低；随着距罐壁以及距罐顶距离的不断增加，热辐射强度均呈现逐渐降低的趋势，最高热辐射强度为132 kW/m2；罐顶上方区域存在火焰卷吸现象，中心位置流速最大，最高可达56 m/s，罐底区域存在火焰贴壁现象；得到燃烧产物（CO和CO2）的体积分数分布，以CO体积分数为0.001作为判断依据，推断出火焰高度为120 m。研究结果可为今后此类火灾事故的防治提供理论支撑。     

点火位置对污水管网可燃气体爆燃特性影响模拟研究

针对典型市政污水管网内可燃气体爆燃过程,采用流体动力学软件Fluidyn,建立了由顶端封闭、深度为4 m的竖直检查井和两端开口、长度各为20 m的水平井构成的管网模型,研究了不同点火位置（检查井上部、中部和下部）对甲烷爆燃特性的影响。研究结果表明:不同位置点火时,管网内测点压力时程呈现出亥姆霍兹振荡,各压力峰值曲线具有明显的分段性,且相同测点的数值接近;爆炸温度在点火位置附近出现最大值,其中上部点火时数值最大,中部点火时居中,下部点火时最小,但在水平井内温度峰值近似呈线性衰减并在端口出现最小值;与下部点火相比,上部和中部点火时,检查井和水平井连接处扩容效应造成火焰传播速度衰减显著,但在水平井内均近似呈线性增大并在端口出现最大值。     

不同比例甲醇汽油的自燃温度测试研究

为评估甲醇汽油在生产、存储、运输、使用等过程中的燃烧爆炸危险特性,采用AIT551自燃温度测试仪测试研究用93号汽油和甲醇(其中添加剂体积分数为8%)配制的不同比例甲醇汽油样品的自燃温度,并分析样品浓度、甲醇体积分数对甲醇汽油的自燃温度及滞后时间的影响规律。结果表明:随着甲醇体积分数的增大,M15~M100甲醇汽油的自燃点升高,且自燃点升高的速率依次减小;在一定的浓度范围内(样品体积为50~300μL),随着样品浓度的增大,M15甲醇汽油的自燃温度先降低后趋于稳定,当样品体积为150μL时,自燃温度达到最小值375℃;甲醇体积分数越大,甲醇汽油发生自燃的滞后时间越长,样品浓度对M15甲醇汽油发生自燃的滞后时间的影响较小。     

缝洞型管道瓦斯爆炸特性数值模拟研究

为探究采空区遗煤、松散破碎岩块对瓦斯爆炸的影响，建立缝洞型管道模型，采用数值模拟与理论分析结合方法研究采空区内缝洞型管道内瓦斯爆炸的传播规律及管道长径比对瓦斯爆炸过程中速度与冲击波的影响。研究结果表明:在缝洞型结构内，随着火焰沿管道向前传播，各监测点速度逐渐变大、压力先增加后降低，而压力上升速率则表现出不规则的变化；缝洞结构加剧了火焰燃烧的剧烈程度，提高了管道内各监测点的温度峰值；在缝洞型管道内随长径比r增加，各监测点最大压力峰值以及速度大小依次降低。     

Effect of flame propagation regime on pressure evolution of nano and micron PMMA dust explosions

Experiments using an open space dust explosion apparatus and a standard 20 L explosion apparatus on nano and micron polymethyl methacrylate dust explosions were conducted to reveal the differences in flame and pressure evolutions. Then the effect of combustion and flame propagation regimes on the explosion overpressure characteristics was discussed. The results showed that the flame propagation behavior, flame temperature distribution and ion current distribution all demonstrated the different flame structures for nano and micron dust explosions. The combustion and flame propagation of 100 nm and 30 μm PMMA dust clouds were mainly controlled by the heat transfer efficiency between the particles and external heat sources. Compared with the cluster diffusion dominant combustion of 30 μm dust flame, the premixed-gas dominant combustion of 100 nm dust flame determined a quicker pyrolysis and combustion reaction rate, a faster flame propagation velocity, a stronger combustion reaction intensity, a quicker heat release rate and a higher amount of released reaction heat, which resulted in an earlier pressure rise, a larger maximum overpressure and a higher explosion hazard class. The complex combustion and propagation regime of agglomerated particles strongly influenced the nano flame propagation and explosion pressure evolution characteristics, and limited the maximum overpressure.     

氧气瓶内附油脂充氧过程爆炸分析与计算

分析总结了氧气钢瓶物理爆炸和化学爆炸的原因。针对2009年某市发生的一起氧气瓶内含油脂爆炸事故,系统分析了国内曾经发生的几次因油脂导致气瓶爆炸事故。油脂进入到氧气瓶内大都是由于误操作。油脂与高压纯氧接触会发生剧烈的自燃氧化放热,使瓶内的氧气迅速升温升压,超出气瓶承压极限导致爆炸破裂。分析比较发现由油脂导致的气瓶爆炸,其破坏程度不如混入可燃气体导致的气瓶爆炸剧烈,一般不是粉碎性爆炸。在正常的充氧过程中,氧气瓶温度会升高,采用变质量热力学中的方法,计算说明气瓶在充装过程中氧气温度的具体变化。充氧温度计算为充氧工作人员提供参考,如发现异常情况,可以及时地控制和预防。由现场压力表可知氧气瓶在充装至12MPa时发生爆炸,而氧气瓶最小爆炸压力为37.6MPa,油脂燃烧放热,计算可知致使钢瓶爆炸破裂所需要的最小油脂量,为66.4-79.6g。不同的充装压力下发生爆炸,所需要的最小油脂量不同,充装压力越高,爆炸所需要的最小油脂量越少。     

Spray and explosion characteristics of methanol and methanol-benzene blends near azeotrope formation: Effects of temperature,concentration, and benzene content

The explosion hazard of flammable liquids leaking to form spray in storage and transportation at ambient temperature has not been systematically investigated. This work presents new results from experimental investigations of the atomization and explosion characteristics of methanol, and methanol-benzene blends forming near the azeotrope under different initial conditions (initial temperature (298.15–318.15 K), methanol concentration (198–514.8 g/m³) and benzene content (41–81%)) in a 20-L spherical vessel. The empirical formulas for Sauter Mean Diameter (SMD) of the droplets and the maximum explosion pressure with respect to the initial temperature and methanol concentration were obtained from the quantitative analysis. Compared to the explosion hazard of pure methanol and methanol-benzene blends spray, the results showed that the maximum rate of pressure rise and maximum explosion temperature of methanol-benzene blends were relatively low. Furthermore, the effect of carbon soot formation on the explosion hazard during explosion development was analyzed.     

Effect of initial temperature on explosion characteristics of 2, 3, 3, 3–Tetrafluoropropene

The flammability of refrigerants is a major cause of refrigerant explosion incidents. Studying the explosion characteristics of refrigerants at different initial temperatures can provide significant benefits for solving the safety problems of refrigerants under actual working conditions. This paper studied the effects of the initial temperature and refrigerant concentration on the explosion characteristics of refrigerant 2, 3, 3, 3-tetrafluoropropene (R1234yf) at 0.1 MPa. The curves of explosion characteristics with different initial temperature revealed the same variation trend ranged from 25 °C to 115 °C. Specifically, as the refrigerant concentration was raised, the peak overpressure, the maximum rate of pressure rise, and laminar burning velocity increased initially and decreased afterwards, along with maximum values at the refrigerant concentration of 7.6%. When the refrigerant concentration was 7.6%, the peak overpressure declined exponentially with the initial temperature rise, while the maximum rate of pressure rise increased linearly. The laminar burning velocity calculated from the spherical expansion method indicated that the flame propagation was gradually accelerated by the increase of initial temperature, which coincided with the change of the maximum rate of pressure rise. Meanwhile, experiments and CHEMKIN simulation results demonstrated the effects of elevated temperature from 20 °C to 50 °C on the explosion limits of R1234yf. The lower explosion limit reduced and the upper explosion limit increased with rising initial temperature. In general, R1234yf exhibited moderate combustion and lower explosion risk, compared with traditional refrigerants.