空调压缩机冷媒爆炸反应特征分析

冷媒与空气的反应特征对空调压缩机安全性有重要影响.本文采用最小自由能原理,分别对两种冷媒R407C和R410A与空气的混合气体的爆炸反应参数进行了数值计算,得到了不同初始压力和不同冷媒含量条件下,混合气体爆炸反应温度和压力,分析了混合气体反应压力条件和爆炸极限范围.结果表明:初始压力低于0.2 MPa时,R407C-空气混合气体和R410A-空气混合气体均不会发生爆炸;初始压力超过0.3 MPa时,混合气体能够发生爆炸,爆炸反应温度和压力随着初始压力的升高而升高;R407C和R410A质量分数分别在34%、35%左右,混合气体反应温度和压力达到最大值.R407C和R410A易燃易爆特征相近;但爆炸范围都比氟利昂(R22)气体宽,即同样的条件下更容易发生爆炸.该计算结果能够为新型冷媒R407C和R410A的安全使用提供一定的依据.     

丙烷对甲烷-空气预混气体爆炸影响机理研究

为探究丙烷对甲烷爆炸的影响，通过试验研究不同体积分数丙烷对甲烷爆炸特性的影响特征，利用CHEMKIN-PRO软件模拟丙烷影响甲烷爆炸过程中自由基变化特征。结果表明，随着丙烷体积分数的增大，丙烷对甲烷爆炸呈现出先促进后抑制的作用。当丙烷体积分数为0.2%～0.6%时，促进甲烷爆炸；当丙烷体积分数为0.8%～1.0%时，抑制甲烷爆炸。在丙烷促进甲烷爆炸阶段，丙烷通过均裂反应生成·C₂H₅和·CH₃,·CH₃增大·H、·O、·OH的生成速率，导致爆炸强度增强；在丙烷抑制甲烷爆炸阶段，随着丙烷体积分数的持续增加，O₂体积分数降低，·O生成速率降低，·H、·OH生成速率降低，导致爆炸强度减弱。     

公路隧道内氢气和丙烷爆炸数值模拟对比分析

通过FLUENT软件对化学计量浓度下的等热当量的氢气和丙烷在某公路隧道内的爆炸过程进行了数值模拟,对比分析了2者的反应速率和隧道内的压力场变化。结果表明:隧道内爆炸过程中氢气反应速率比丙烷的快,爆炸发生后50 ms内的平均反应速率是丙烷的7倍;氢气爆炸产生的超压较大,最大可达451 kPa,爆炸产生的压力波迅速传播,在隧道内上下来回反射,强度逐渐减弱;丙烷爆炸产生的压力波在隧道内整体表现为向上传播,在爆炸发生150 ms内强度逐渐增大。在此种情况下,2种气体的爆炸均能够对隧道内人员造成严重伤害。     

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。     

惰性物对爆炸的遏制

利用爆炸激波管技术研究了部分惰性物对爆炸特性的影响。用多通道辐射高温计测量了氮气对汽油爆轰温度的影响。研究表明，增加氮气含量可以较明显地降低汽油爆轰温度。采用化学当量配比氢氧混合物爆轰产生水蒸气的方法研究了水蒸气对汽油爆轰特性的影响。研究表明，水蒸气能明显降低爆炸压力，水蒸气压力增加到0．1MPa时可导致爆炸熄灭；硝基甲烷和氧气混合物中充人氮气后爆炸压力明显下降，采用光多通道分析系统(OMA谱仪)和多台单色谱仪的光谱测量结果表明，反应中间产物的CH3O、CH辐射强度迅速衰减，反应衰竭。     

三通管支管位置对爆炸火焰传播影响分析*

为研究分支管道位置对丙烷爆炸火焰传播的影响规律，通过多组数值模拟与已有实验数据对比，分析不同工况下三通管内火焰传播形态变化特征及温度变化。结果表明:向右传播的爆炸气流在支管左侧形成湍流旋涡，火焰受到拖拽及壁面制约，贴支管右侧壁面呈尖刀状传播；封闭管道中，火焰传播受主管道高速前驱压力波回波影响更显著，垂直支管中火焰与高温风险更大；实验支管位置距离点火源5.6 m时岔口处监测点温度高达2 214.08 K，支管位置增加至5.71 m时，支管处湍流旋涡拖拽火焰，使火焰出现中断，支管移至5.825 m后高温火焰无法传播至支管口，支管中的爆炸风险显著降低。研究结果为工业生产三通管支管位置的选择和支管内二次爆炸风险预测提供科学参考。     

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。     

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。     

瓦斯煤尘爆炸特性及抑爆方法研究进展

为探究瓦斯煤尘爆炸特性及抑爆机理,本文通过一系列实验,研究瓦斯、煤尘爆炸的速度和温度等特征,提出利用图像相关系数法和辐射测温原理计算火焰传播速度及温度场变化,定量分析影响煤尘爆炸的因素以及产物变化规律,揭示煤尘爆炸的宏微观机制。结果表明:火焰分形维数可以用来反应瓦斯爆炸强度,即当分形维数更接近2.2937时爆炸反应最为强烈,其爆炸过程中自由基最终生成浓度与CH 4初始浓度呈倒U型关系;当量比对煤粉火焰爆炸压力及速度也有一定影响,在最佳当量比的2倍左右时可以达到最大爆炸压力和最大火焰传播速度。另外本文亦采用泡沫陶瓷对瓦斯的多次爆炸和连续爆炸进行抑爆,发现不同厚度和孔隙的泡沫陶瓷具有不同的抑制效果,孔隙较大的泡沫陶瓷对爆炸能量有较好的抑制作用。     

扇形水幕抑制丙烷气体扩散的数值模拟

由于丙烷气体具有易燃易爆的危险性,不宜采用试验研究.二氧化碳与丙烷在标准状况下密度相当,同属于重气,因此,在研究中拟用二氧化碳代替丙烷.首先利用Fluent对扇形水幕抑制二氧化碳的扩散进行了数值模拟,模拟所设定的参数均与试验相同,在与试验数据进行对比后验证了Fluent模拟重气扩散的有效性及可行性.然后利用Fluent对水幕抑制丙烷扩散进行了数值模拟,从模拟过程中得出,水幕产生的阻挡作用、机械湍流作用及造成的空气卷吸作用对丙烷的扩散起到很好的抑制效果.通过设置不同水幕压力和泄漏源与水幕之间的距离,对其影响扇形水幕抑制丙烷扩散的效果进行了数值模拟,结果表明扇形水幕压力越大抑制效果越好、水幕距泄漏源距离越近抑制效果越好.     

机场货站易爆危险品存储区外部安全防护距离研究*

为合理设定机场货站易爆危险品存储区外部安全防护距离,基于爆炸威力计算模型,利用有限元分析软件AUTODYN模拟包装约束下爆炸品爆炸冲击波特性,通过引入包装约束系数,描述包装材料对爆炸威力影响,计算航空运输易爆危险品存储区外部安全防护距离。结果表明:1 mm厚度聚碳酸酯、钢和铝材质外包装的包装约束系数分别为0.904 7,0.860 1,0.870 6,相较于聚碳酸酯和铝材质,钢材质外包装对易爆危险品爆炸威力削弱程度较大。研究结果可为机场货站外部安全防护距离规划设置提供参考。     

基于多孔环形喷嘴的可燃爆粉尘分散特征的密度效应研究*

为了研究不同密度的可燃爆粉尘在内置多孔环形喷嘴的20 L爆炸特性测试装置中的分散特征，基于负载粒子流方法、耦合DPM动量平衡方程和时间平均 Navier Stokes控制方程组，实现3种不同密度的煤粉、铝粉和锆粉在20 L爆炸测试装置中粉尘分散全过程的数值模拟。研究结果表明:多孔环形喷嘴的分散较为均匀，但是约束管道末端存在局部粉尘残留区，致使爆炸仓内真实粉尘浓度远低于形式浓度；爆炸仓中心位置的最大湍动能随着粉尘密度的增加而减小，只有显著地变化粉尘密度才能展示区分度较高的浓度峰值和抵达浓度峰值的时间。     

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。     

密闭容器内微米级铝粉爆炸实验研究与数值模拟

对微米级铝粉在1.3 L Hartmann管中的爆炸特性进行了实验研究.分析了最大爆炸压力pmax及最大压力上升速率(dp/dt)max与延迟点火时间t、粉尘浓度c、粉尘粒径d的关系.基于CFD计算软件Fluent 6.3建立了Hartmann管内微米级铝粉爆炸数值模拟模型,分析了火焰发展过程,将pmax、(dp/dt...     

A product analysis-based study on the mechanism of inflammable gas explosion suppression

To study the mechanism of the suppressing effect of Expanded Aluminium (EA) on the premixed gas explosion, premixed methane-air and propane-air gases were undergone explosion reaction in the presence of EA in a self-designed closed pipeline with the overpressures and the compositions, rates and sensitivities of products analyzed. The results showed that the 9.5% methane-air and 5% propane-air explosions produced peak pressures decreased by 79.3% and 65.6%, and residual methane and propane contents increased by 270% and 560% respectively than without EA. In addition, the results revealed that the explosions of propane in the presence of EA produced less methane and carbon oxides contents, but more ethylene and propylene contents. The simulation showed that H, O, and OH are the key factors affecting the rate of products. The product compositions, together with other parameters, suggested that EA decreased temperature, inhibited chain initiation and propagation reaction, but facilitated chain termination reaction by advancing and accelerating the gas phase and wall destruction reaction of radicals, especially collisions and concentration of key free radicals. This new research method based on the analysis of explosion products can be used for in-depth research into gas explosion features and shed light on the suppressing mechanism of EA in flammable gas explosion.     

铝粉爆炸无火焰泄压技术及装备研究

为有效防止粉尘爆炸泄爆引起的二次爆炸及火灾问题，基于泄压理论、消火机理，设计开发无火焰泄压装置，装置主要由消火结构、底座、爆破片及夹持机构组成，消火结构由不锈钢金属丝网组成。选择铝粉尘为测试粉尘，通过自建除尘系统试验平台进行试验研究。结果表明:无火焰泄压装置可成功阻止火焰传播，装置释放的冲击波在5 m外均小于5 kPa，除尘系统内部最大泄爆压力为0.1 MPa，装置前端火焰传播速度均大于100 m/s。     

煤矿风井防爆门设计爆炸载荷计算方法研究*

为解决煤矿风井防爆门研发中的设计爆炸载荷取值问题，采用理论分析和数值模拟方法，研究MFBL防爆门在被冲击波冲飞过程中的能量转化、传递、耗损关系，以及空气阻力因素的影响；改进拉断钢丝绳消耗能量的算法，着重考虑空气阻力影响因素，重新建立基于事故中防爆门的飞起高度计算防爆门设计爆炸载荷的方法，并以典型案例进行验证。结果表明:防爆门在拉断牵引钢丝绳的过程中，传递给配重的能量相较于拉断钢丝绳所消耗能量较小，可忽略不计；MFBL防爆门的空气阻力系数接近于1，其以较大速度飞行时受空气阻力影响显著，故考虑克服空气阻力作功是必要的；鉴于计算结果，推荐根据20~50 m飞起高度设计防爆门爆炸载荷，并提出根据防爆门飞起高度划分安全防护等级等建议和应用指南，其可提高计算方法的可靠性和可用性，可为防爆门研发等提供参考依据。     

基于Factsage的金属硫化矿尘爆炸过程产物分析*

为研究金属硫化矿尘爆炸的过程与产物，预防与控制其粉尘发生爆炸，在20 L爆炸球中开展金属硫化矿尘爆炸试验，发现存在磁黄铁矿含量越高爆炸产物颜色越红的现象。为揭示这一现象的本质，应用XRD对爆炸产物进行分析，基于Factsage软件模拟计算黄铁矿矿尘与磁黄铁矿矿尘爆炸过程。结果表明:产物中含有的Fe2O3是主要致色原因；最终产物除固体Fe2O3外还存在气体SO2，SO3，反应中间过程主要固体产物为Fe2(SO4)3；在磁黄铁矿与黄铁矿含硫量相同或质量相同时，Fe2O3的生成量磁黄铁矿较黄铁矿多，且磁黄铁矿含硫量越多Fe2O3生成量越多，模拟计算结果与试验现象一致，研究结果可为分析金属硫化矿尘爆炸过程提供理论与数据支撑。