长直空间内可燃气体爆炸灾害效应研究进展

为系统了解可燃气体爆炸灾害效应研究成果,基于长直空间内可燃气体爆炸的特点,总结灾害后果评估的一般流程,综合梳理长直空间内可燃气体爆炸荷载的理论计算模型、试验及数值模拟结果,探讨可燃气体爆炸作用下结构的动力响应以及可燃气体爆炸对人员伤亡和结构毁伤后果评估等国内外研究进展。结果表明:现有可燃气体爆炸荷载经验式大多有各自的适用范围,不具有通用性,长直空间内可燃气体爆炸作用下结构动力响应的试验数据较少;现有对压力容器的研究成果对长直空间动力响应研究价值有限,爆炸冲击波作用下人员和建筑物的伤害标准还不统一。     

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。     

可燃气体爆炸破坏效应的试验研究

借助高速摄像机及ProAnalyst软件,研究可燃气体体积分数和障碍物对可燃气体爆炸破坏力的影响。测定不同体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸冲击波超压,和爆炸火焰波在有无乒乓球方向传播的平均速度。试验结果表明:超压和平均速度均随着甲烷体积分数的增加呈现先增大后减小的变化趋势,其最大值均出现在甲烷体积分数为10%～11%之间;同一体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸火焰波在有乒乓球方向传播的平均速度比没有乒乓球方向传播的平均速度大。根据试验结果,推导出可燃气体爆炸冲击波超压和爆炸火焰波传播平均速度与可燃气体体积分数之间的函数关系,并得出障碍物对爆炸火焰波传播的加速作用随着体积分数的增加呈现先加强后减弱的变化趋势。     

障碍物对瓦斯爆炸冲击波影响研究

为研究障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播规律的影响,利用水平管道式气体——粉尘爆炸实验装置,测试并分析障碍物数量、尺寸和壁面粗糙程度对瓦斯爆炸冲击波超压、冲击波传播规律的影响。结果表明:障碍物对瓦斯爆炸过程中冲击波传播规律具有重要影响。障碍物存在时,改变了爆炸冲击波的传播规律,提高了冲击波超压的最大峰值压力,且随着障碍物数量和尺寸的增加,这种激励作用越明显。随着壁面粗糙程度的增大,瓦斯爆炸冲击波超压明显增大。研究结果对井下巷道瓦斯爆炸冲击波的防治具有一定的指导意义。     

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。     

基于FLACS的海上钻探平台井喷爆炸事故后果模拟分析*

为研究海上钻探平台井喷燃爆事故后果,运用FLACS软件对某深海钻探平台井喷爆炸事故进行模拟,研究在不同事故场景下气云爆炸发展过程及平台荷载分布规律,讨论井喷速率、风向、点火位置等对爆炸超压的影响。研究结果表明:随泄漏速率增加,爆炸强度和爆炸范围均增大,爆炸严重程度不仅与井喷速率密切相关,同时也受平台结构影响;点火位置会对爆炸超压产生影响,在可燃气体与空气混合气体比例为化学理论当量比处点燃气体,生活区承受的爆炸超压最大;在设施及建构筑物分布较为密集、拥塞度较高的地方产生的爆炸超压更大。研究结果可为可为平台的阻隔防爆性能设计与应急响应提供指导。     

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。     

管道燃气爆炸特性实验研究

管道是化工及油气储运系统的重要组成部分,却时常受燃烧爆炸事故的威胁,因此对管道中燃气燃烧爆炸特性与规律的研究就十分必要。以甲烷作为研究对象,采用压力传感器以及火焰传感器等对水平封闭管道内甲烷-空气预混燃烧爆炸进行了实验研究,通过大量实验来研究可燃气体爆炸压力与火焰及其传播变化规律。根据实验结果将超压以及气体燃烧的变化情况,对前驱冲击波与火焰面的相对时间及相对位置关系进行了分析。结果显示,管道中会产生前驱压力波,并超前火焰阵面甲烷气体在管道传播过程中,出现冲击波反压射、波叠加及反冲现象,压力的持续时间较火焰光信号持续时间长。所做的工作为油气受限空间中燃气燃烧爆炸特性与规律的进一步研究及工业防爆抑爆技术及工艺的实施、系统设计以及关键参数计算提供了理论依据。     

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...     

不规则可燃气云爆炸威力预测方法研究

采用计算流体动力学（CFD ）方法,以实际球罐区甲烷泄漏扩散形成的不规则可燃气云为研究工况,探讨了不规则气云爆炸威力的模拟方法,并对比了实际形状可燃气云、最大直径球可燃气云、重心高度球可燃气云、等体积球可燃气云以及采用 TNT 当量法计算得到的气云爆炸超压值。结果表明,TNT 当量法计算结果过于保守。等体积球、重心高度球、最大直径球与实际形状气云爆炸超压偏差分别为-13．9％、-17．2％、52．3％。采用等体积球法估算不规则可燃气云爆炸威力较为便捷,且精度较高。     

空间阻塞对室内燃气泄漏爆炸影响研究

以餐饮企业的熟食操作间为例建立物理模型,通过CFD方法模拟不同空间阻塞度下天然气泄漏爆炸情形。研究结果表明:阻塞率在99.95%~100%时,燃气浓度呈现反抛物线式上升。空间阻塞率在99.982%时（开敞面积1 m2）,泄漏1 200 s,熟食操作间燃气浓度值可达6%;空间阻塞率在99.955%（开敞面积2.5 m2）~100%时,燃气爆炸后熟食操作间内产生的超压最大值均大于30 kPa;当空间阻塞率在99.991%（开敞面积0.5 m2）~100%时,设定工况下爆炸超压随空间阻塞率呈指数式增加。研究认为,空间阻塞率在99.95%以上,燃气泄漏极易形成可燃蒸汽云,发生爆炸产生冲击波超压能够毁坏建筑物,在生产和生活中,对于有燃气使用的空间,应尽可能降低空间阻塞率,以避免可能的燃气泄漏形成危险域和爆炸形成过高冲击波超压。     

高压储氢系统泄漏爆炸事故的动力学演化*

为研究燃料氢气泄漏、爆炸的特性和规律,预防高压储氢系统中氢气泄漏爆炸事故发生,以加氢站为背景,数值仿真45 MPa高压储罐氢气泄漏并引发爆炸事故,分析泄漏爆炸动力学性质以及爆炸波在非均匀氢气浓度中的传播机制。同时,基于泄漏爆炸事故演化的力学机理,开展氢气泄漏爆炸动态风险分析,针对氢气不同泄漏量,建立泄漏扩散形成的气云体积、气云爆炸产生的冲击波与空间x,z方向上危害距离之间关系。研究结果表明:氢气泄漏过程中,气云氢气浓度变化与流场雷诺数具有较好一致性;氢气扩散受到高压储氢罐周围装置影响,流场中氢气浓度分布不均匀;当发生燃烧爆炸事故时,冲击波参数和湍动能变化梯度大;得到复杂布局区域冲击波超压峰值与比例距离之间关系式,其相比于理论方法更精细、计算结果更准确。研究结果可为降低高压储氢系统泄漏爆炸事故后果、采取有效防护措施提供一定依据。     

不同含水率煤尘在瓦斯爆炸诱导下爆炸传播规律研究

为了探究不同含水率煤尘在瓦斯爆炸诱导下的爆炸传播规律,利用自行搭建的直管瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸实验系统,从冲击波压力和火焰传播速度2个方面,研究了不同含水率沉积煤尘在瓦斯爆炸诱导下的爆炸传播规律和原因。研究结果表明:当煤尘含水率小于40%时,管道内沉积煤尘会在瓦斯爆炸诱导下产生二次爆炸,同时沉积煤尘总量一定时,沉积煤尘二次爆炸产生的冲击波超压峰值和火焰传播速度随着煤尘含水率的增加先增大后减小;当沉积煤尘含水率为20% 时,煤尘二次爆炸产生的冲击波超压峰值、火焰传播速度峰值达到最大值,分别为1.657 MPa和468.060 m/s;当沉积煤尘含水率大于40%时,沉积煤尘无法产生二次爆炸,此时爆炸产生的威力小于单一瓦斯爆炸,火焰传播速度衰减较无煤尘的瓦斯爆炸更快,沉积煤尘起到抑制瓦斯爆炸传播的作用。研究结果可以为防治煤尘二次爆炸提供理论依据。     

大尺寸通风管网中障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播特性影响的数值模拟

为了研究大尺寸通风管网中的瓦斯爆炸传播规律,采用数值模拟方法,针对具有不同障碍物数量的大尺寸通风管网模型,利用Fluent分析管网中各个监测点的超压变化曲线以及障碍物附近的速度矢量图,分析爆炸冲击波传播规律。研究结果表明:初期瓦斯爆炸后,障碍物的存在改变了通风管网内未燃瓦斯的积聚区域;高温和高压发生耦合作用,在氧气相对充足的进气管道中形成二次爆炸;障碍物与火焰波以及管网自身结构变化等多种因素形成复合作用,改变了通风管网内瓦斯爆炸冲击波的传播路径和叠加区域的位置;无障碍物时高压区域出现在进气管道中,有障碍物时高压区域出现在中部直管与斜管的交汇处附近,且数值相对较大。     

圆柱形无约束气云爆炸高温效应研究

为了分析无约束可燃气云爆炸产生的高温伤害效应，建立了相应的数学模型，利用有限体积的离散方法，对无约束空间内甲烷浓度10％、高径比为1的圆柱形可燃气云爆炸的瞬态温度场进行了数值研究。研究结果表明，圆柱形可燃气云爆炸的温度场呈不对称性分布，靠近地面处足最危险区域，高温可能达到的最大怪直高度和最大水平距离分别约为圆柱体高的2倍和半径的3．2倍。对数值模拟结果的数据进行多项式拟合，得到了圆柱形可燃气云爆炸场最高温度随水平距离、初温及参与爆炸气云质量的函数关系式，给可燃气云爆炸灾害的预测及防护提供了科学依据。     

挡板缓冲下煤与瓦斯突出冲击波传播减能机制研究*

为揭示煤与瓦斯突出冲击波在挡板缓冲条件下能量耗散规律,利用流体动力学理论建立突出冲击波在挡板缓冲下的传播特征分析的数学模型,分析突出冲击波沿巷道衰减的影响因素,基于不同的突出压力条件下煤与瓦斯突出物理模拟试验和数值模拟结果,研究沿着直巷道突出冲击波在挡板缓冲下能量的削弱机制和传播规律。研究结果表明:矿井突出冲击波能量的衰减程度主要与突出压力、输运煤粉做功和巷道横截面积有关,突出压力与冲击波传播超压成正相关关系,巷道横截面积是人为削弱冲击波能量最有效的途径;根据不同的突出压力,突出冲击波超压沿巷道主要表现为急剧增大,然后压力逐渐降低;挡板缓冲下反射冲击波与突出入射冲击波叠加的二次加速作用,导致挡板装置断面前后空间局部能量变大,但总体能量是减弱的,降低了突出冲击波的传播距离;通过理论分析、物理试验和数值模拟所得结果基本一致。     

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。     

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。