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。     

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。     

煤矿瓦斯爆炸灾害态势评估的GRA-ANP-FCE模型及应用

在系统分析煤矿瓦斯爆炸灾害影响因素的基础上,针对影响因素的复杂性及其之间存在相互作用的特点,提出了煤矿瓦斯爆炸灾害态势评估的GRA-ANP-FCE模型。该模型采用灰色关联分析方法计算影响因素的灰色关联度并进行排序,以获得煤矿瓦斯爆炸灾害的主控因素,构建了由主控因素组成的煤矿瓦斯爆炸灾害态势评估指标体系,采用网络分析法建立了多准则、多层次的评估指标体系网络模型并计算了各评估指标权重,结合评估指标的权重分布,采用多级模糊综合评判法对煤矿瓦斯爆炸灾害的态势进行了评估。通过实例验证了该方法的合理性。     

大尺度障碍物与泄爆面对天然气内爆炸的协同作用规律研究

为阐释民用建筑内部大尺度物品与门窗等泄爆面对天然气爆炸灾害的协同作用机制，基于典型厨房空间布局及内部物品特征，借助计算流体动力学技术研究了不同泄爆面开启压力和不同大尺度障碍物体积阻塞率条件下天然气内爆炸火焰速度、爆炸超压的分布规律。研究结果表明:大尺度障碍物与泄爆面对室内天然气爆炸过程具有显著的协同作用，共同促进火焰速度与爆炸超压的显著增长，并缩短峰值超压到达时间；大尺度障碍物的存在虽然显著降低了室内天然气的体积，但从增加房间内湍流源和相对长径比的角度进一步促进了泄爆效应；大尺度障碍物与泄爆面协同作用下，室内火焰速度呈现明显的阶段性特征，并在泄爆面附近发生波动。研究结论可为民用建筑物内气体爆炸事故调查分析和灾害评估提供科学依据。     

CO2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性研究

为了解CO2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性，用自行搭建的实验系统，从超压、火焰传播速度和火焰结构3个方面研究了CO2-超细水雾形成的气液两相介质对9.5%瓦斯/煤尘复合体系爆炸的抑爆效果、影响因素与原因。研究结果表明:随着CO2体积分数和超细水雾质量浓度的增加，爆炸火焰最大传播速度、爆炸超压峰值均出现明显下降，火焰到达泄爆口时间显著延迟；尤其当CO2体积分数达到14%与超细水雾的共同抑爆效果凸显，瓦斯/煤尘复合体系爆炸超压的“震荡平台”消失，同时火焰结构呈现“整体孔隙化”。所得结论为煤矿井下高效防爆抑爆技术进行了完善和增强。     

封闭管道油气爆炸超压及火焰传播特性

对油气在封闭管道内的爆炸特性进行研究，发现爆炸超压发展过程可以分为3个阶段:第1次超压上升阶段、第2次超压上升阶段和超压下降阶段。初始油气浓度对爆炸初始阶段的发展有很大影响，油气浓度为1.73%时发展最激烈；当初始油气浓度较高时，在最大超压峰值附近，会产生压力振荡现象；初始油气浓度对Tulip火焰的形成及发展有较大影响，各种浓度油气的爆炸，都有形成Tulip火焰的趋势；当油气浓度适中时，Tulip火焰会一直传播到管道末端，当油气浓度较高或较低时，火焰锋面会经由鲨鱼嘴形状火焰转变为刀尖形火焰，当初始油气浓度为1.73%时，最容易发展形成Tuilp火焰。     

火灾爆炸事故后果模型研究

为提高火灾爆炸事故后果模拟的准确性,利用Matlab对比池火灾模型和沸腾液体拓展蒸气云爆炸(BLEVE)模型中热辐射通量与目标至热源的距离的函数关系;分析沸腾液体拓展蒸气云爆炸(VCE)模型计算结果的误差;修正模型存在的错误,建立新的Sachs无量纲超压拟合模型,并进行实例应用。结果表明:用点源辐射模型得到的池火灾事故后果模拟伤害程度远大于用固体烟羽辐射模型得到的模拟结果,美国化学工程师协会(AICh E)模型和不考虑目标阻挡作用模型对BLEVE事故后果模拟在目标距离较远处基本吻合;VCE模型对Sachs无量纲超压拟合的最大误差达4个数量级。用建立的新模型得到的计算结果与Sachs超压吻合较好。     

置障条件下含氢瓦斯爆炸特性试验

为了获得置障条件下含氢瓦斯爆炸特性,通过试验研究了50 mm×50 mm×250 mm透明管道内连续障碍物条件下氢气体积分数对瓦斯爆炸火焰锋面位置、火焰传播速度、超压及最大超压上升速率的影响规律。结果表明,与氢气体积分数为0时相比,当氢气体积分数分别为1. 5%、3. 5%和6. 5%时,火焰锋面到达出口所用时间分别缩短了3. 3 ms、6. 7 ms和8. 3 ms,最大超压分别增大了10. 5%、62. 8%和109. 2%,最大超压到达时间分别缩短了18. 7%、31. 3%和41. 3%,最大超压上升速率大致呈线性增长趋势。此外,当氢气体积分数增加时,其爆炸超压主要频率对应的分量随之增大,爆炸产生超压振荡的周期性增强,其频率主要分布于200～400 Hz,这种高频超压振荡现象可能与含氢瓦斯爆炸产生较大水蒸气分压进而引起的燃烧诱导快速相变有关。     

狭长管道油气爆炸流场分布特征规律及分析

为研究狭长管道油气爆炸流场分布特征规律,搭建了狭长管道油气爆炸实验系统 ,并在狭长密闭管道中进行了油气爆炸实验。通过采集爆炸超压值和火焰强度值并进行 分析,得到以下结论:随着初始油气体积分数的增大,管道沿线最大爆炸超压值和升压 速率均呈现先增大后减小的趋势,在1.75%时达到最大,并且初始油气体积分数越接近 1.75%,升压速率增大越快;根据管道沿线最大超压分布规律可将初始油气体积分数分 为1.25%~1.55%、1.55%~2.20%、2.20%~2.65%3个部分;管道末端出现二次爆炸现象,爆 炸超压变化曲线可分为点火延迟、一次爆炸、二次爆炸、振荡衰减4个阶段;火焰持续 时间随油气体积分数的增加先下降后上升,油气体积分数为1.75%时火焰持续时间最短 。     

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。     

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...     

滑移装置抑制甲烷爆炸影响分析*

为减少瓦斯二次爆炸带来的危害,研发新型抑爆弹性滑移装置,并将滑移装置与固定装置对比,分析其对9.5%甲烷/空气预混气体爆炸抑制效果。结果表明:滑移装置抑爆效果优于固定装置;滑移装置能缩短火焰燃烧时间,固定装置超压峰值高于滑移装置;由于轻碳板反向速度提高,弹性系数为0.85 N/mm的滑移装置对火焰和超压抑制效果优于弹性系数为1.63 N/mm的滑移装置。     

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。     

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。     

储油条件下拱顶油罐的油气爆炸实验

为研究储油条件下拱顶油罐油气爆炸的发展过程,设计了中尺度拱顶油罐油气爆炸实验台架,并完成了储油条件下油罐油气爆炸试验。实验结果表明:储油条件下油气爆炸会导致罐顶破坏,超压发展分为多个阶段,并出现强烈的超压振荡和二次爆炸现象,最大超压由二次爆炸所产生;爆炸最大超压随着初始油气体积分数的降低而升高;在储油条件下,油罐油气爆炸后会诱导产生二次爆炸现象,第2次爆炸超压峰值和升压速率均远大于第1次爆炸的数值,且二次爆炸对外场的影响更加明显;火焰强度随时间的变化曲线具有2个明显的峰值,其形成原因分别为第1次爆炸和第2次爆炸。     

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。     

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。     

Propane-air mixture deflagration hazard with different ignition positions and restraints in large-scale venting chamber

In order to better assess the hazards of explosion accidents, propane-air mixture deflagrations were conducted in a large-scale straight rectangular chamber (with a cross-section of 1.5 m × 1.5 m, length of 10 m, and total volume of 22.5 m³). The effect of initial volume, ignition position, and initial restraints on the explosion characteristics of the propane-air mixtures was investigated. The explosion overpressure, flame propagation, and flame speed were obtained and the computational fluid dynamics (CFD) software was used to simulate the flame-propagation process and field flow for auxiliary analysis. The hazards of large-scale propagation explosion under weak and strong constraints were evaluated and the different phases of flame propagation under weak and strong constraints were discriminated. Results indicate that the hazards caused by propane deflagration under weak constraint are mainly caused by flame spread. And the maximum overpressure under strong constraint appeared at the front part of the chamber under the large-scale condition, which is consistent with the previous small-scale test. Moreover, the simulations of flame structures under weak and strong constraint are in good agreement with experimental results, which furthers the understanding of large-scale propane deflagration under different initial conditions in large-scale spaces and provides basic data for three-dimensional CFD model improvement.