密闭容器甲烷-空气混合物爆炸的尺寸效应

为探究密闭容器甲烷爆炸的尺寸效应及其变化特征,以及预防和控制密闭容器甲烷爆炸事故,通过改变圆柱形容器体积和管道的长度和直径,研究密闭容器甲烷-空气混合物爆炸压力变化特性;采用多元线性回归模型,分析最大爆炸压力及最大压力上升速率与管径和管长的关系。结果表明:在圆柱形容器中,最大爆炸压力上升速率随容器体积的增大而减小;随着管道内径的增加,管道末端的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率均下降;管道长度增加,管道末端最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率均增加。试验得到最大爆炸压力及最大压力上升速率的无量纲预测模型。     

球形容器内H2-Air爆燃特性的数值模拟

为了研究氢气在密闭容器中燃烧的发展过程,基于20L球形容器中H_2-air爆炸实验(Crowl and Jo,2009),采用数值模拟的方法对密闭容器中Φ=1的混合气体的爆炸压力和火焰锋面位置进行了详细分析。通过对比实验和模拟的结果可知:燃烧过程中受重力影响使得不同方向的火焰传播速度不同,导致实际燃烧过程与模拟相比较为缓慢;壁面的阻碍作用导致火焰在密闭容器内传播速度先增加后降低;实验过程中的热耗散和浮力影响是导致误差的主要原因。     

以氢气为主要成分的其他可燃气体对低浓度甲烷爆炸特性的影响

为研究矿井火区中一氧化碳(CO)、氢气(H_2)、乙烯(C_2H_4)和乙烷(C_2H_6)等其他可燃气体对甲烷(CH_4)爆炸特性的影响,利用可视球形气体爆炸系统开展了多元可燃气体爆炸压力特性试验,观察并分析了峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率及其相应时间。通过高速摄影系统拍摄了视窗范围内爆炸火焰传播图像,基于边缘检测方法确定了火焰前锋位置,继而得到最大火焰传播速度。分析了以氢气为主要成分的其他可燃气体对低浓度CH_4-空气混合物压力特性和火焰传播行为的影响。结果表明,多元可燃气体的存在增加了低浓度CH_4-空气混合物的爆炸危险性。随混合气体体积分数增加,低浓度CH_4-空气混合物的峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和最大火焰传播速度非线性增加;此外,到达峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率的时间显著缩短。     

瓦斯-煤尘-空气混合物爆炸数值计算

为研究煤尘对瓦斯爆炸特性的影响及不同浓度瓦斯-煤尘-空气混合物爆炸特征参数变化规律,对混合物建立均相湍流燃烧模型和混合物参数计算方法,采用Fortran语言对计算流体力学软件AutoReaGas进行二次开发。利用二次开发后软件研究了混合物爆炸特性,得到不同浓度瓦斯-煤尘-空气混合物爆炸规律及瓦斯-空气和瓦斯-煤尘-空气混合物爆炸特性对比。数值计算结果与试验结果吻合较好,表明该方法研究气-固两相爆炸是可行的,煤尘参与使瓦斯爆炸最大超压和最大压力上升速率分别提高1.8倍和4.7倍,反应速率明显上升。     

乙炔燃爆特性的研究

为减少乙炔火灾爆炸事故的发生,采用20 L爆炸罐为试验仪器,对常温、初始压力0.1 MPa条件下,不同体积配比乙炔-空气混合气的燃爆特性及氮气对乙炔分解爆炸的影响进行了试验研究,并结合碰撞理论和燃烧反应方程对试验结果进行了理论分析。结果表明:乙炔-空气混合气体随乙炔体积分数增大,最大爆炸压力逐渐升高;在乙炔体积分数为10%~55%范围内,乙炔与空气混合气的最大爆炸压力恒定在1.7 MPa,乙炔体积分数为10%时取得最大爆炸指数(78.14MPa.m/s);乙炔体积分数为55%~100%范围内,混合气体爆炸与初始压力有关,并且初始压力随乙炔体积分数增大而升高;纯乙炔分解爆炸的初始压力为0.18 MPa。氮气对乙炔分解爆炸有一定的抑制作用,并随氮气体积分数增加,抑制作用逐渐增大。     

球接管容器气体爆炸尺寸效应的试验研究与数值分析

为了解尺寸对球形容器连接管道甲烷-空气混合物爆炸的影响规律,利用Fluent软件,采用κ-ε湍流模型、涡耗散模型(简称EDC模型)、壁面热耗散、热辐射模型及SIMPLE算法,建立了球形容器连接管道内甲烷-空气混合物爆炸的数值模型,对容器与管道内甲烷-空气预混气体爆炸的尺寸效应进行了数值模拟。结果表明:随管道内径增大,球形容器内最大爆炸压力逐渐增大,管道末端最大爆炸压力变化无明显规律;而随管道长度增加,球形容器内最大爆炸压力逐渐减小;改变管道内径,较大体积球形容器内最大爆炸压力均大于较小体积球形容器内最大爆炸压力,最大爆炸压力上升速率的规律则相反,容器体积对管道末端最大爆炸压力的影响无明显规律。     

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。     

柱形压力容器开口泄爆过程数值模拟研究

为研究柱形压力容器泄爆规律,采用经典流体力学软件FLUENT对典型的柱形压力容器泄爆过程进行数值模拟,分析从泄爆口开启到泄压结束时间段压力发展、火焰传播、气体流动及可燃气体浓度变化特性。结果表明:不同泄爆压力下容器内压力发展变化呈现不同特点,在较小泄爆压力情况下会出现压力再度上升的双峰现象。泄爆过程中产生的湍流沿泄爆口附近容器壁拉长火焰面,并加快燃烧速率。同时就容器内不同点火位置对爆炸强度影响进行研究,得出在泄爆压力为0.04 MPa时,底面点火对本柱形压力容器产生的最大升压速率约为中心点火最大升压速率的1.4倍。     

密闭空间内天然气混合及爆炸传播规律研究

为研究密闭容器内甲烷-空气不均匀分布对混合气体燃烧的影响,将数值模拟和实验相结合,发现在重力作用下混合气体浓度分布不均匀,长径比越大的容器,混合气体浓度分布梯度越大。混合气体浓度分布影响气体火焰传播规律。宏观浓度为5%的甲烷与空气混合后,容器上部甲烷浓度高于5%,在该处点火时非均匀混合甲烷-空气火焰传播较快,非均匀混合气体的爆炸压力比均匀混合气体压力上升快,且分层混合气体的超压峰值高于均匀混合气体的值。由于浓度分布不均匀,点火位置影响甲烷/空气火焰传播的规律。     

连通容器中不同连通管径爆炸数值模拟分析

连通容器爆炸,连通管道在火焰传播和湍流加速中起着重要作用。通过对球形连通容器中不同连通管径爆炸进行数值模拟,分析不同管径对连通容器爆炸压力和流场的影响。研究表明,连通容器在不同连通管道内径下,最大爆炸压力基本一致,但在一定范围内,管径越小,容器的压力上升速率越高,火焰传播速度越快,连通容器的压力振荡越剧烈;传爆容器爆炸产生的反流对起爆容器压力的增加越明显;当管径增加到一定值时,连通容器间的压力变化趋于一致。     

氢氧混合气体爆炸临界条件实验研究

可燃气体的燃烧、爆炸是工业生产中常见的灾害性事故,危害极大.通过爆轰管实验装置,采用疏密分布的压力传感器测量氢氧混合气体的爆轰特性,并依据压力和波速在燃烧转爆轰瞬间发生突跃,判断混合气体爆炸的临界条件.实验结果表明,爆炸压力随氢气初始浓度呈∩形变化,50%氢气体积分数为爆炸最佳浓度值;在常温常压下,氢氧混合物爆炸的临界氢气体积分数是15%和90%;化学计量比的氢氧混合气体发生爆炸的临界初始压力为0.01 MPa;氮-氢-氧三元混合气体爆炸的临界氮气体积分数为60%.     

密闭空间内障碍物对瓦斯爆炸传播影响研究

为了研究方形狭长密闭空间内障碍物对瓦斯爆炸的影响,建立密闭方管模型,采用数值模拟的方法研究球体障碍物不同的直径及排列方式对火焰及冲击波传播规律的影响。研究结果表明:有障碍物的密闭方管模型内火焰的传播速度及压力均明显大于无填充密闭方管模型;同位排列的密闭方管模型内,随着球体障碍物直径的减小,火焰的传播速度呈先增后减的变化,压力上升速率的最大值约为无填充密闭方管模型的60倍;错位排列的密闭方管模型内,压力上升速率的最大值约是同位排列模型的100倍。     

初始温度和压力对排污空间甲烷-空气混合物爆燃特性影响的模拟研究

市政排污空间作为城市公共基础设施的重要组成部分，易积聚可燃气体形成爆炸性环境。结合排污空间的特殊环境条件，采用Fluidyn-MP多物理场数值模拟软件，建立了20 L球形爆炸罐分析模型，通过改变初始温度和初始压力，对排污空间甲烷-空气混合物爆燃特性及其变化规律进行模拟研究。结果表明:初始温度升高导致甲烷-空气混合物最大爆炸压力降低，缩短了到达最大爆炸压力的时间；初始压力增加导致最大爆炸压力急剧升高，并延长了到达最大爆炸压力的时间；最大爆炸压力对初始压力的敏感程度远大于初始温度的影响。此外，随着初始温度和初始压力的升高，爆炸火焰平均传播速度增加，而火焰传播速度对初始温度较敏感。     

高炉喷吹用贫瘦煤爆炸强度的实验研究

在20 L球的密闭容器中,对4种潞安贫瘦煤的爆炸强度进行了系统的实验研究.分析了煤粉质量浓度对爆炸后最大爆炸压力、最大压力上升速率的影响,并计算出相应的爆炸指数.实验数据表明,最大爆炸压力和最大压力上升速率都随煤粉质量浓度的增加先增大后减小,4种煤粉中常村喷吹煤最大爆炸压力最大,为0.7419 MPa;漳村喷吹煤最大压力上升速率最大,为43.54 MPa/s.爆炸指数都在9～12之间,均小于爆炸指数分级中对弱爆炸性定义的指标20.可知4种煤粉都属于弱爆炸性煤,可以比较安全的用于高炉喷吹.     

低压含KCl细水雾抑制船舶油池火特性试验研究

为探究低压含氯化钾(KCl)细水雾抑制庚烷油池火的有效性,基于1. 5 m×1. 5 m×1. 0 m封闭舱室平台,开展不同KCl质量分数(5%、10%、15%、20%)的低压细水雾(0. 2～0. 6 MPa)抑制庚烷油池火焰特性试验,分析不同KCl质量分数、不同喷射压力下庚烷质量损失速率及火焰高度的变化。结果表明:低压纯水细水雾可强化油池火焰燃烧,含KCl添加剂低压细水雾能有效抑制油料火的发展,其中0. 6 MPa压力下20%质量分数KCl溶液灭火效果最好。KCl溶液质量分数的增加,可降低庚烷平均质量损失速率,使火焰高度整体下降;喷嘴压力的升高,同样可降低燃油平均质量损失速率,缩短火焰波动时间,使燃烧提前进入衰减阶段。     

初始温度对城镇燃气爆炸强度的影响研究

为了探讨城镇燃气爆炸强度与反应初始温度的对应关系,根据工程热力学研究定组分混合气体的基本方法以及阿马格分体积定律将城镇燃气简化为含碳、氢、氧、氮的单一气体,简化其热化学反应方程式及反应终态温度的求解办法.在此基础上采用经典的气体爆炸强度公式计算不同反应初始温度下城镇燃气(体积分数10％)-空气混合气体理论上的最大爆炸压力和最大压力上升速率.结果表明,城镇燃气的最大爆炸压力及最大压力上升速率随初始温度的提高而线性减小,近似成反比例关系.为了验证理论计算所得结论的正确性,采用经典爆炸特性参数测试系统实测了该混合气体对应初始温度下的爆炸强度.实测结果与理论计算结果所得结论基本吻合,且最大爆炸压力的理论值与实测值最大误差为13.95％,最大爆炸压力上升速率的理论值与实测值最大误差为14.52％,满足工程应用(最大误差不超过20％)的需要.该理论计算方法可以近似估算不同初始温度下城镇燃气-空气混合气体的爆炸强度.在爆炸极限范围内城镇燃气的爆炸强度随反应初始温度的增加而线性减少,二者近似成反比例关系.     

障碍物管道中预混火焰传播物理机理的试验研究

研究氢气/空气预混火焰加速过程的物理机理对氢气爆炸灾害预防和控制有重要意义。采用压力-时间记录法和纹影法两种测试方法,开展了常温常压下二元燃料氢气/丙烷和空气混合气体在带有阻塞比为0.5的孔板形障碍物、40 mm×40 mm×3 000 mm的方管中预混火焰传播物理机理的试验研究。结果表明,由压力传感器所测的火焰传播速度沿管道轴线方向先增加后逐渐减小。通过纹影法所测的火焰传播速度在可视化范围内逐渐增加。火焰加速初始阶段的主要物理机理是火焰表面积增加、燃烧产物膨胀和障碍物间的延迟燃烧等。     

障碍物对采用泄爆管泄放气体爆炸影响的数值模拟

采用k-ε湍流模型和漩涡耗散概念模型(EDC)建立了泄爆管泄放气体爆炸的模型,并模拟容器内置障碍物时泄爆管泄放气体爆炸火焰的传播过程,分析了障碍物形状、阻塞率、位置、个数对超压(pred)和压力上升速率的影响.结果表明:障碍物的出现导致燃烧速度和pred上升,正方形障碍物导致的爆炸后果最严重;增加障碍物个数或增大障碍物阻塞率均可增加超压和燃烧速度;障碍物置于容器中心,爆炸后果较强,而靠近点火源或泄爆口,后果有所减弱.     

有障碍物半开口管道内氢气燃烧数值模拟研究

基于有障碍物氢气燃烧实验装置进行数值模拟研究,采用Fluent软件分析了半开口管道内障碍物对氢气/空气燃烧特性的影响。结果表明:障碍物会促进实验管段内氢气火焰加速,随着障碍物阻塞率和数量的增加,火焰加速更快且燃烧压力峰值更大;在相同阻塞率下,障碍物形状对氢气火焰速度和燃烧压力峰值的影响很小;燃烧压力随障碍物间距的增大先增大后减小,障碍物间距为3倍管道内径时产生的燃烧压力峰值最大。     

氢气爆炸特性研究

本文研究、总结了氢气与空气(氢气与氧气)的混合物的爆炸特性.即氢气在空气中,在比较低燃烧界限的情况下,只有向上的传播和非常少的超压可以观测得到.正因为氢气的这种特性,将氢应用于科技将极大地推进社会进步,氢燃料将成为一种主要的能源.然而,氢技术应用的成功与否主要取决于氢使用的安全性.所以,必须掌握实际使用时氢气燃烧的性能.本文在日本过去十年实验数据的基础上,通过实验研究了氢气与空气混合物的燃点.研究了氢气、氧气混合物经氮气稀释后,按化学当量比例将不同浓度的氢气与空气进行混合,并得出了低温下的爆炸压力特性.随后,分别讨论了在初始压力下一致的情况下,试管直径相同的状况下,氢气与空气混合浓度相同的情况下,这三种爆轰传播限制之间的关系.得出了在空气中直接点燃的发生爆轰的最小试管直径,最小的装药量之间的关系,进行了爆轰危险性分级.最后,文章概括比较了氢与其他燃料的燃烧特性,评估了氢气燃烧过程中的危险与安全因素.