综合管廊燃气舱结构形式对燃气爆炸超压的影响*

为研究地下综合管廊燃气舱结构形式对燃气爆炸超压的影响,采用数值模拟的方法,改变燃气舱高度,通风分区长度和局部开口大小,分析不同情况下的燃气爆炸超压变化规律。结果表明:冲击波传播速度随燃气舱高度的增加而减小,随着高度的增加,超压峰值曲线由“驼峰状”逐渐变为两端高中间低的“盆形”,爆炸过程产生的最大超压与高度成反比关系。超压峰值在340 m处接近0 kPa,延长通风分区并不会增加超压峰值,可以在考虑防火的要求下根据实际情况适当延长通风分区的长度。局部开口的存在使得爆炸气流能够自由泄压,超压峰值与开口的大小成反比关系。     

综合管廊燃气舱燃气爆炸冲击波传播特征研究*

为研究综合管廊燃气舱燃气爆炸冲击波的传播特征,采用数值模拟方法研究首次超压峰值和首次流速峰值的变化规律,建立首次流速峰值与首次超压峰值和填充长度的耦合关系,分析不同填充长度情况下燃气爆炸后的超压和水平流速的变化规律。结果表明:燃气爆炸后,燃气舱内存在多个超压峰值,峰值间存在明显的时间差。冲击波到达各测点的时间与燃气填充长度成反比关系。水平流速曲线随着时间的变化以0为基点上下振荡,存在正向峰值和反向峰值。随着燃气填充长度的增加,流速下降趋势变快。首次超压峰值随传播距离的增加先增大后减小再增大,随着填充长度的增加,产生超压峰值最大值的位置由接近填充长度结束的位置转移到燃气舱封闭端。首次流速峰值随传播距离的增加先增大后减小。首次流速峰值与首次超压峰值呈现正比关系,通过拟合得到流速峰值与超压峰值及填充长度的耦合关系。研究结果可为燃气舱燃气爆炸后的流速分布研究以及燃气舱防火分区的设计提供参考。     

不同曲率弯曲巷道爆炸冲击波传播特性数值模拟研究

为研究爆炸冲击波在不同曲率弯曲巷道内的传播规律,采用数值模拟手段建立了不同曲率弯曲巷道爆炸模型,分析了爆炸冲击波在巷道内的传播特性及其变化规律, 并结合冲击波超压对人体的伤害程度分类,研究了不同曲率弯曲巷道内爆炸破坏效应分区。模拟结果表明,弯曲角度改变了巷道内冲击波超压分布,随着巷道弯曲角度的不断增大,壁面反射对冲击波超压峰值分布起主要作用,随着传播距离的增加,冲击波超压峰值衰减显著,体现了超压峰值变化的距离效应。此外,巷道弯曲角度的增加整体减小了爆炸损伤严重程度。研究结果可实现对不同曲率弯曲巷道内冲击波超压分布的预测,并为巷道内爆炸事故预防及应急救援提供借鉴。     

巷道中瓦斯爆炸诱导激波传播特性研究

利用AutoReaGas软件,数值模拟巷道中瓦斯浓度和火源对瓦斯爆炸传播的影响,其计算结果表明:爆炸静态超压随着传播距离的增加而减小,而爆炸动压随着传播距离的增加而增大;点火位置距离巷道封闭端越近,各测点得到的爆炸静态超压值越大;瓦斯浓度对爆炸峰值超压影响显著,当浓度为9.5%的氧化反应当量比浓度时,得到的最大峰值超压为70.95kPa,爆炸威力最大。     

井下大爆破直通巷道冲击波超压的预测研究

为减小爆破冲击波对井下人员和设备的影响,利用NUBOX-9012爆破冲击波智能监测仪及配套的冲击波传感器监测爆炸冲击波现场,并运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟爆破冲击波在直通巷道内的衰减过程,提取数值计算的结果,经数据拟合得到一端开口的直通巷道冲击波超压预测公式中的未知系数b1、b2和b3,将直通巷道内不同药量、不同距离处的原始数据代入冲击波超压预测公式得到巷道超压峰值,并与实测值对比。结果表明:预测误差在合理范围内,该冲击波超压峰值预测公式适用于预测井下直通巷道的冲击波超压峰值。     

挡气板对综合管廊燃气舱爆炸冲击波传播规律影响研究

为研究挡气板对综合管廊燃气舱爆炸冲击波传播影响规律,采用Fluent模拟软件,研究三维燃气舱模型中不同挡气板间距下燃气爆炸后超压变化规律,探究不同间距挡气板对抑制燃气舱内爆炸冲击波传播效果.结果表明:挡气板对燃气舱中部超压影响较小,对顶部超压变化影响较大,导致燃气舱顶部挡气板处超压峰值激增;当气体填充区长20 m,挡气...     

瓦斯积聚量及爆炸距离对风机和防爆门的影响研究*

为揭示瓦斯积聚量及瓦斯爆炸距离对风机和防爆门的影响机制，利用Fluent模拟软件，结合宁煤集团羊场湾矿的实际情况，在构建三维数学物理模型的基础上，开展不同瓦斯积聚量（56.52，113.04，169.56，226.08 m3）和不同爆炸距离（20，30，50，70 m）条件下的模拟研究。研究结果表明:风机和防爆门处超压峰值随瓦斯积聚量增加而增加，均呈线性关系，瓦斯积聚量为56.52 m3时风机处超压峰值为0.260 MPa，小于风机破坏荷载0.306 MPa；考虑安全系数前提下，当瓦斯积聚量超过56.52 m3时防爆门应开启保护风机；在确定瓦斯积聚量为56.52 m3基础上，分析不同爆炸距离对风机和防爆门影响，由模拟结果可知，风机和防爆门处超压峰值随爆炸距离增加而降低，均呈幂函数关系。研究成果可为瓦斯爆炸对风机和防爆门的影响研究提供指导。     

瓦斯浓度对爆炸波振荡特征的影响研究

为研究瓦斯浓度对封闭型管道内爆炸波振荡特征的影响,用数值模拟方法分析超压波形振荡特征、超压沿管道的变化和浓度对振荡周期的影响。研究结果表明:随着瓦斯体积分数的增加,超压峰值和振幅先增大后减小,体积分数在9.5%时,具有最高的爆炸超压和最强的振荡特性。瓦斯体积分数在接近爆炸上下限时均出现多重爆炸波的振荡叠加现象,爆炸超压最大值既能发生在反射端,也能发生在爆炸波的对冲叠加点。随着瓦斯体积分数的增加,振荡周期先变短后变长,在体积分数为9.5%时具有最短的周期;振荡周期可以用拟合得到的关于浓度的多项式来计算。     

隧道内槽罐车对甲醇蒸气爆炸压力场影响的数值模拟分析

为了给隧道内甲醇蒸气爆炸事故的应急救援提供理论参考,应用CFD数值模拟方法,在同种槽罐车(尺寸为10 m×2.5 m×3 m)分布间距固定的情况下,研究了隧道内槽罐车数量及其相对点火源位置对甲醇蒸气爆炸压力场的影响规律。研究结果表明:槽罐车的存在使隧道内甲醇蒸气爆炸超压明显增大,爆炸达到最大超压用时减少;爆炸超压峰值随槽罐车数量的增加而增大,当槽罐车数量从0增加到4时,该隧道内甲醇蒸气爆炸超压峰值由89.4 kPa增大到559.4 kPa;当只有1辆槽罐车存在时,槽罐车相对点火源中心的位置可以影响爆炸过程中槽罐车周围压力场的分布,使槽罐车周围压强增大。     

有障碍物开敞空间可燃气云爆炸超压场的数值模拟

利用计算流体动力学软件AutoReaGas定量研究障碍物、障碍物阻塞比对开敞空间可燃气云爆炸超压场的影响以及爆燃超压随测点距离变化的分布规律。研究结果表明:当有障碍物存在时,爆炸峰值超压会显著增加,且峰值超压随着障碍物阻塞比的增加而增加。对于有障碍物条件下开敞空间的丙烷气云爆炸,无论是气云内部还是气云外部,随着距爆心距离的增加,峰值超压都有减小的趋势。     

瓦斯爆炸在角联通风管网中的传播特性研究*

为研究真实通风工况下瓦斯爆炸冲击波在复杂管网内的超压演化规律及高温传播规律,采用数值模拟方法,研究角联通风管网模型中各个监测点在不同通风条件下对瓦斯爆炸冲击波超压及高温的影响规律,研究结果表明:瓦斯爆炸冲击波在角联管网传播过程中产生3个局部高压区域,高温气体主要在左、右通路内传播,斜角联分支内只受到微弱影响;管网入口风流的存在,使得爆炸初期冲击波超压经相同距离传播用时更短,峰值更大,破坏力更强;风流的存在使得管网内高温气体传播状态发生改变,斜角联分支与左通路尾部热量发生积聚,温度峰值更大。     

城市燃气管道泄漏爆炸事故三维风险数值模拟

城市燃气管道在发生泄漏导致火灾爆炸事故时,在空间某点形成的风险,不仅与泄漏量、泄漏时间有关,还与空间有无障碍物、泄漏环境等因素有关。基于物理场经典的场理论,定义城市燃气管道泄漏爆炸事故的风险场,推导出多个危险源在空间某点形成的风险强度公式。利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件模拟有无障碍物时爆炸事故形成的风险在空间传播规律。结果表明,障碍物对空气超压峰值的影响具有距离效应。在障碍物近区,空气冲击波经反射叠加作用造成超压峰值急剧升高;在障碍物远区,空气冲击波经障碍物反射后由于随距离衰减过快,对超压峰值影响微弱,甚至没有影响。同时对有障碍物存在时进行爆炸破坏效应模拟,得到爆炸破坏效应的5个分区,界定了爆炸破坏对人身伤害程度范围。首次提出了城市燃气管道泄漏爆炸事故风险场的概念,并运用风险场理论研究了空间某点多个危险源同时存在时的风险传播问题。     

单侧弱面受限空间油气爆炸超压荷载的实验研究

为了研究油气在单侧含有弱面结构受限空间中的爆炸特征,构建了单侧开口短管道汽油蒸汽爆炸实验系统,研究了不同开口面积下汽油蒸汽爆炸过程中超压的变化规律。研究结果表明:开口率为25%和50%条件下,内场仅有一个超压峰值P_B,外场轴向有2个超压峰值P_B和P_(FV),且外场沿轴向和纵向超压值相差较大;开口率为100%条件下,内外场均有2个超压峰值P_B和P_(FVEXT),且轴向和纵向超压峰值相差较小;25%开口率和50%开口率条件下油气爆炸火焰形态为喷射状,但未发生外部爆炸;100%开口率条件下火焰形态为蘑菇状,并且发生外部爆炸;随着初始油气浓度的升高,腔体内外超压峰值均先增大后减小,内外场最大超压峰值所对应的油气浓度为1.69%,外部爆炸超压峰值的最大值对应油气浓度为2.12%;随着初始点火能的升高,爆炸过程中的内外超压峰值均升高,而且外部爆炸发生所对应的初始油气浓度的范围增加。     

瓦斯爆炸冲击波在角、并联巷道内传播规律对比研究

瓦斯爆炸冲击波在传播过程中的传播特性不仅与瓦斯体积分数、温度等条件有关,还与网络结构有关.为探究冲击波超压在对称角联网络结构内的变化特征、角联分支对主巷道内冲击波传播的影响等问题,结合实际巷道尺寸,对对称角、并联网络巷道进行了瓦斯爆炸过程的数值模拟.结果表明:受角联分支影响,分支后的巷道内冲击波衰减幅度大于并联网络中对应各点,且与角联分支距离越近,影响越大;角联分支对角联分叉前、后巷道内冲击波二次超压产生一定影响;与并联网络相比,角联网络中冲击波到达角联分叉后的超压峰值出现时间更晚;角联网络中角联分叉后各点冲击波超压峰值均低于并联网络中对应各点.     

评价爆炸超压作用的一个新指标及其在一次型FAE中的应用

利用单自由度体系在爆炸载荷作用下的动力响应的数值解,提出了一个近似关系式,进而得到一个新评价指标△P0.742m i0.258 .同时给出了一次型FAE的TNT比当量的计算方法,分别以超压峰值△Pm和△P0.742m i0.258 为评价指标计算了某一次型FAE的TNT比当量,并进行了比较.结果表明,单纯以超压峰值为评价指标的TNT比当量结果低估了一次型FAE的超压作用.鉴于爆炸超压场测试仪器与技术已能够容易地准确测量超压峰值与比冲量,建议以△P0.742m i0.258 为一次型FAE的TNT比当量的评价指标.     

拐弯角度对瓦斯爆炸诱导煤尘爆炸的影响研究

为研究瓦斯爆炸诱导煤尘爆炸在不同拐弯巷道内的传播特征,首先采用不同角度拐弯管道模拟煤矿井下拐弯巷道结构;然后利用煤尘爆炸试验系统,通过试验监测管道内不同位置的冲击波压力值和火焰传播速度值;最后研究不同拐弯角度管道内瓦斯爆炸诱导煤尘爆炸冲击波和火焰在拐弯前后的变化特征。结果表明:瓦斯填充长度一定的情况下,沉积煤尘爆炸冲击波峰值超压先减小后增大,到达管道拐弯后,急剧减小;冲击波峰值超压衰减率随着管道拐弯角度的增大而增大,角度越大,峰值超压衰减越快;火焰传播速度先增大后减小,经过拐弯管道后,速度突然增加;火焰传播速度变化率随拐弯角度的增大而增大,角度越大,速度增幅越大。     

模具中雷管爆炸的冲击波防护距离研究

为了研究模具中雷管爆炸产生的冲击波超压对雷管生产线传输皮带周围操作人员的伤害范围,测量了模具中单发到50发雷管同时爆炸后不同距离的空气冲击波超压峰值,并拟合了超压衰减曲线;根据空气冲击波超压与人员伤害程度的最小压力关系,得到了避免传输皮带周围操作人员出现"轻微"、"中等"、"严重"、"极严重"伤害时的安全防护距离。利用空气冲击波峰值超压公式定量分析了模具对其中雷管爆炸产生冲击波的吸收,表明模具具有良好的冲击波吸收作用。     

5种结构障碍物对火焰传播影响的试验研究

为了研究障碍物结构对预混甲烷管道内火焰传播速度和峰值超压的影响,自行设计一套火焰加速系统。在火焰加速管道上安装光电传感器和压力传感器分别测定火焰传播速度和超压,试验中选取5种结构障碍物,即平板、长方体、三棱柱、四棱柱和圆柱,其阻塞比分别为20%,40%和60%3种。研究结果表明:初始阶段障碍物阻碍火焰传播,当火焰越过障碍物后,障碍物能显著加速火焰传播。随着阻塞比增加,相同结构障碍物的火焰传播速度总体上不断增加,而峰值超压先变大后减小。相同阻塞比下,平板、三棱柱对火焰传播速度和超压影响相对较大;长方体居中;圆柱、四棱柱对增加火焰传播速度和超压作用相对较小。较小阻塞比障碍物管道内超压与无障碍物管道中的超压相比显著增加,但此后,管道中超压随阻塞比变化不明显。     

大尺度管道中煤粉爆炸的试验研究

煤粉爆炸传播特性的试验研究对于深入了解和预防矿井煤尘爆炸事故有重要意义。利用自制的长29.6 m,内径199 mm的试验管道,对煤粉-空气混合物爆炸压力波传播过程进行试验研究。采用压电传感器测量压力信号,得到爆炸压力波沿管道传播过程中不同测点处的压力时间历程曲线,探讨煤粉粒度和浓度对其爆炸超压的影响规律。结果表明:煤粉-空气混和物在弱点火条件下能够实现粉尘火焰的形成和传播。煤粉爆炸压力波传播过程中速度为400~430 m/s,峰值超压为68~72 kPa。煤粉爆炸峰值超压随着煤粉粒度的减小而增大,但煤粉粒度对其爆炸峰值超压的影响程度随着浓度的增加将逐渐减弱。     

输气管道高后果区蒸气云爆炸超压预测方法探究*

为准确预测输气管道高后果区在发生蒸气云爆炸事故时的超压分布情况,对国内外运用较为广泛的蒸气云爆炸超压预测经验模型和数值模拟方法进行调研,并分别应用其对某输气管道全尺寸泄漏燃爆实验进行超压预测,结合实验数据和输气管道高后果区管理现状进行方法准确性和工程适用性分析。研究结果表明:基于等效TNT假设的Henrych模型、Mills模型和等效TNT当量数值模拟方法均不适合准确预测蒸气云爆炸超压,TNO多能法和混合气体数值模拟方法所预测的结果较为接近实验结果。TNO多能法使用简便且推广性强,但主观性较大,易高估或低估爆炸后果;混合气体数值模拟方法操作繁琐且推广性差,但分析结果精度较高。在对高后果区进行安全管控时,可结合TNO多能法与混合气体数值模拟方法同时对管道工况进行评估,确定TNO多能法的爆源强度等级,继而推广使用TNO多能法。该研究结果可在较大程度上保证评估的准确性并节约成本。