长管中立体障碍物对瓦斯爆炸特性影响的研究

管道内可燃气体火焰传播与障碍物相互作用的过程的研究对爆炸场所预估和防爆工程设计具有重要的意义,在实际生产、生活中,火焰传播方向上的障碍物往往具有立体结构,基本没有平面结构,因此,利用长管密闭容器,在立体障碍物存在的条件下,研究了瓦斯爆炸压力和火焰传播速度。研究结果表明:随着障碍物数量的增加,瓦斯爆炸压力和火焰传播速度随之增大;阻塞率增加,瓦斯爆炸压力和火焰传播速度出现先增大后减小的现象,当阻塞率为50%时,其爆炸压力和火焰传播速度达到最大;障碍物的摆放形式对瓦斯爆炸压力和火焰传播速度也有一定的影响。     

障碍物对气体爆炸压力场影响数值模拟

气体爆炸是工业生产和生活领域中爆炸灾害的主要形式之一,研究障碍物对管道内可燃气体爆炸的影响规律具有十分重要的现实意义。运用计算流体动力学软件AutoReaGas,定量地研究了障碍物阻塞率、个数等因素对管道中预混乙炔/空气混和物爆炸压力场的影响规律。计算结果表明,障碍物的个数和阻塞比对管道内乙炔气体爆炸峰值超压均有显著影响。本文的研究结果对于预防和控制气体爆炸灾害有一定的借鉴作用。     

障碍物对火焰传播过程影响数值模拟

采用CFD软件AutoReaGas建立典型的物理模型及数值模型来研究管道内障碍物对可燃气体爆炸火焰传播的影响规律。结果表明,障碍物间距、阻塞率的改变会对爆炸场内的火焰传播速率产生巨大影响。障碍物间距的改变对火焰传播速率的影响是一个先增大后减小的过程;低阻塞率下,火焰传播速度较低。但随着阻塞率的增大可燃气体爆炸火焰传播速度得到明显的增大。为障碍物对可燃气体爆炸传播规律的影响的进一步研究提供了理论依据。     

受限空间障碍物截面变化对混合气体爆炸特性参数的影响研究

为研究障碍物截面变化对混合气体爆炸特性参数的影响规律,运用3D动态流体动力学软件AutoReaGas建立障碍物截面不同变化方式和趋势的爆炸模型,模拟分析截面不同变化方式（渐变、突变）和不同变化趋势（由大变小、由小变大）对气体爆炸特性参数（速度、压力场）的影响程度和规律。研究表明:改变障碍物的截面变化方式和趋势都会影响可燃气体的爆炸参数。对于爆炸压力场,截面变化情况下的爆炸超压大于截面不变的情况,截面渐变大于截面突变的情况,截面由大到小变化与截面由小到大变化下的爆炸超压呈现相反变化趋势。对于爆炸速度场,截面不同变化方式和趋势下的速度变化情况均为在开始的一小段时间内先减小然后逐渐增大。     

障碍物与管道壁面间距比对瓦斯爆炸传播特性的影响

运用自建瓦斯爆炸实验平台,对障碍物与管道壁面间距比变化下的瓦斯爆炸特性进行实验研究。结果表明:随着障碍物与管道壁面间距比的增加,预混气体的爆炸压力和平均火焰传播速度都有一定程度的增大,其中当障碍物与管道两侧壁面间距比相同时,对爆炸火焰传播特性的影响最大;相比于其他阻塞率的障碍物,间距比的改变对阻塞率50%的障碍物爆炸压力增幅比最大,对比间距比为0时的爆燃压力,间距比为0.25和0.5时的爆燃压力分别增加了55.6%,101.8%。研究结果可为工业和井下设备的设计、安装提供实验依据,具有一定的理论和现实指导意义。     

地下暗渠内气体爆炸影响范围的仿真研究

为了解不同点火位置及阻塞率对暗渠爆炸强度的影响,量化爆炸事故对建筑物及人员的影响范围,以甲烷为研究气体,在暗渠两侧共设置2个监测点,用于分析超压的变化,同时定义2个不同点火位置和4种不同障碍物分布工况,用FLACS软件模拟各工况下暗渠内瓦斯的爆炸,获取地面的超压分布状况,并分析超压的影响范围,为暗渠内管道及地上建筑物的布置提供依据.结果表明:在同一工况下,点火位置不同,地面超压的分布状态不同;爆炸强度随障碍物阻塞率增加而增大,且当障碍物阻塞率相同时,爆炸强度随障碍物密度增加而增大;根据FLACS的模拟结果,可得到超压的影响范围,并以此确定建筑物及人员的安全距离,为城市安全规划提供参考.     

复杂多孔结构对丙烷爆炸的影响

为了揭示复杂多孔障碍物对丙烷/空气爆炸动力学参数的影响，采用小尺寸爆炸管道，运用高速摄像技术和数据采集手段，分析不同试验条件下火焰穿越复杂多孔障碍物前后的形态及管内压力变化。结果表明：受复杂多孔障碍物的影响，爆炸火焰穿过障碍物时，会触发Richtmyer Meshkov不稳定性，火焰失稳，形态复杂；随着障碍物阻塞率的增加，爆炸火焰到达障碍物所在位置的时间减小；复杂多孔障碍物对爆炸火焰有明显的激励作用，火焰传播速度随障碍物阻塞率的增加而增加；在所有试验中，火焰传播速度均在0.4～0.5 m的管段攀升至最大；障碍物阻塞率增加，管道出口端的最大爆炸压力增加，达到最大爆炸压力所需的时间增加，爆燃指数随障碍物上圆孔的间距增加而增加。     

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.     

条形障碍物对瓦斯爆炸特性影响研究

我国煤矿瓦斯爆炸事故不断出现,造成了巨大的人员伤亡和经济损失,在置障条件下研究瓦斯爆炸特性,对预防和减少瓦斯爆炸事故具有重要意义。利用水平管道式爆炸试验装置,研究密闭管道内条形障碍物的数量和阻塞率对管道内瓦斯最大爆炸压力、火焰速度、最大爆炸压力上升速率和爆炸指数的影响以及敞口状态的影响。研究表明:障碍物对瓦斯爆炸具有显著激励作用,管道内瓦斯最大爆炸压力、火焰速度、最大爆炸压力上升速率和爆炸指数均显著增大,随着障碍物数量和阻塞率的增加,激励作用越明显;敞口状态下管道内最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和爆炸指数均显著减小,火焰持续传播。研究结果对防治煤矿瓦斯爆炸事故提供一定的理论支持。     

管道内置障条件下瓦斯爆炸传播规律的综述及展望

对矿井瓦斯爆炸传播机理进行了分析,同时对不同障碍物数量、形状、阻塞率、位置、间距、结构条件下管道内瓦斯爆炸传播规律的研究现状进行综合评述,得出一些结论:障碍物的存在对瓦斯爆炸压力和火焰传播速度具有显著的激励作用;不同的障碍物环境对瓦斯爆炸传播激励效应的影响程度是不同的;并提出了目前该研究存在的问题和未来发展方向。     

障碍物排列方式对海洋平台蒸气云爆炸的影响

为了了解障碍物排列方式对海洋平台蒸气云爆炸的影响,基于CFD方法建立蒸气云爆炸计算模型,选用国外MERGE项目的系列爆炸实验进行模型验证,提出用于衡量障碍物排列不均匀度的量化参数,针对海洋平台典型结构形式,分析障碍物排列方式对爆炸强度的影响。研究结果表明:蒸气云爆炸后果对于结构排列方式比较敏感,结构障碍物间隔均匀排列的形式造成的爆炸冲击作用最大;在爆炸发展初期阶段,障碍物阻塞程度对超压产生和发展影响更加显著。最后,基于研究结果,给出在海洋平台油气泄漏危险区将管线沿甲板非均匀排列布置等防控建议,为海洋平台蒸气云爆炸安全防控提供理论指导。     

障碍物在分岔附近对瓦斯爆炸压力影响的实验研究*

为研究置障条件下不同分岔角度管道中瓦斯爆炸压力变化规律，采用长15 m、截面为160 mm×100 mm的矩形和直径160 mm的半圆形组成的拱形模拟巷道，通过改变分岔角附近障碍物的形状与阻塞比，研究瓦斯爆炸在30~45°与30~60°双分岔管道分岔角附近的压力变化规律。结果表明:瓦斯爆炸在30~45°和30~60°双分岔管道中，分岔角后2支管压力均有所增大，且45°和60°支管中压力变化较30°支管更加明显；障碍物位于30°分岔角后，当阻塞比为0.4时，障碍物形状对2~4测点爆炸压力的影响均表现为矩形最大，拱形次之，圆形最小；管道中矩形障碍物对2,3测点爆炸压力的影响随阻塞比增加而增大，对测点4爆炸压力的影响则随阻塞比的增加而减小；设置矩形障碍物时，30~45°双分岔管道中2,3测点的压力增幅大于30~60°双分岔管道，且压力增幅随阻塞比增加而增大，而测点4的表现则相反，30~60°双分岔管道大于30~45°双分岔管道，且压力增幅随阻塞比增加而减小。     

螺旋形障碍物对瓦斯爆炸影响的研究

瓦斯爆炸事故给煤矿生产、国家经济发展以及人民的生命财产造成了巨大损失,因此,在置障条件下研究瓦斯爆炸特性,对预防和减少瓦斯爆炸事故具有重要意义。利用水平管道式气体爆炸实验装置,研究了螺旋形障碍物对瓦斯最大爆炸压力以及最大爆炸压力上升速率的影响。结果表明:螺旋形障碍物的存在对瓦斯爆炸的爆炸压力和最大压力上升速率有明显促进的影响,随螺旋形障碍物螺旋的增加,对最大爆炸压力和最大压力上升速率的激励作用越明显。     

水平管道内障碍物数量对瓦斯爆炸过程的影响研究

为了研究水平管道内障碍物数量对瓦斯爆炸的影响,利用自制的水平管道式气体爆炸试验装置,选用阻塞率为60%的圆环型障碍物,在常温常压下对管道内障碍物数量分别为1片、3片、5片和7片时瓦斯(试验气体为甲烷与空气的混合物,下同)爆炸过程进行试验研究。结果表明:瓦斯的爆炸压力及其上升速率均随障碍物数量的增加呈先增后减的变化规律,而火焰传播速度则随着障碍物数量的增加单调递增,但递增幅度逐渐减小。在密闭置障管道内瓦斯的爆炸压力及其上升速率随测试位置长径比的增大先减小后增大,而火焰传播速度则随测试位置长径比的增大单调递减。     

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。     

Experimental study on unconfined methane explosion: Explosion characteristics and overpressure prediction method

Explosion accidents have become the main threat for the high-efficiency use of cleaner gas energy sources, such as natural gas. During an explosion, obstacle causing flame acceleration is the main reason for the increase of the explosion overpressure, which still remains to be fully understood. In this research, field experiments were conducted in a 1 m³ cubic frame apparatus to investigate the effect of built-in obstacles on unconfined methane explosion. Cage-like obstacles were constructed using square steel rods with different cross section size. The results demonstrated that the flame could get accelerated due to the hydrodynamic instability and obstacle-induced turbulence, which enhanced the explosion overpressure. In the near field, the overpressure wave travelled slower and the maximum overpressure could almost keep constant. Reducing the cross section size, or increasing the obstacle height or the obstacle number per layer could determine the rise of the maximum overpressure, the maximum pressure rising rate and the overpressure impulse. For uniformly constructed obstacles, self-similar theory was chosen to measure the influence of the hydrodynamic instability, and a parameter β was adopted to measure the flame acceleration caused by obstacle-induced turbulence, the value of which was 2 in this research. Based on the acoustic theory, an overpressure prediction model was proposed and the predicted results agreed with the measured values better than previous models, such as TNT equivalency model and TNO multi-energy model.