侧向泄爆口与障碍物形状对管道内瓦斯爆炸的影响

瓦斯爆炸是我国煤矿开采的长期安全问题，为研究不同形状障碍物对侧向泄爆口泄爆效果的影响，采用数值模拟的方法，利用Fluent软件分析小尺寸管道中各测点的超压和火焰传播速度变化曲线以及火焰传播温度和速度矢量在各个时间段的云图，研究不同形状障碍物和侧向泄爆口耦合作用下管道内瓦斯爆炸后超压变化和火焰传播特性变化规律。结果表明：在矩形障碍物和梯形障碍物的管道中，侧向泄爆口的存在会影响湍流火焰，使障碍物后方旋转的火焰由于内外压差被侧向泄爆口排出；而对于圆形障碍物，由于其弧形表面和侧向泄爆口的存在，使通过障碍物下方的火焰沿着障碍物壁面流向侧向泄爆口，对火焰传播速度的影响较小；火焰通过管道左端泄爆口的时间表现为无障碍物>圆形障碍物>梯形障碍物>矩形障碍物。     

巷道拐弯对瓦斯爆炸影响的数值模拟研究

基于一些基本假设,运用流体动力学软件FLUENT对均匀充满9.5%瓦斯气体浓度的不同拐角二维方形巷道进行了数值模拟研究,并对不同拐弯巷道内瓦斯爆炸过程中的火焰传播速度、压力和温度进行了对比分析。结果表明:拐弯巷道内冲击波的速度、压力和温度等参数在传播过程中会逐渐增加;在巷道拐弯处会产生复杂的流场,并在局部区域内对冲击波有激励作用。该研究结果揭示了瓦斯在拐弯巷道内爆炸传播的本质,从而可为制定防爆抑爆措施提供理论依据。     

水击泄压阀开启过程阀口流场的数值模拟

泄压阀作为管道系统的重要安全部件,其作用在于保障管道系统超压安全,减少爆炸性事件的发生。基于雷诺时均方程和标准k-ε紊流模型,运用Fluent动网格和UDF技术对某水击泄压阀管道模型进行数值模拟,通过UDF程序控制阀门开启速度,得到阀口附近流场参数的数值变化。研究表明:水击泄压阀阀芯部分会有明显的节流效应,导致阀内速度的突变;随着管道内压力的增加,管道内部速度总体呈现增大趋势,噪声和速度具有一定的相关性,阀门内部声功率级分布基本呈现对称分布。     

变流量及初期效应下雨水管道内悬浮颗粒物的沉积规律

为探索变流量、雨水冲刷初期效应及叠加效应下,雨水管道内不同位置悬浮颗粒物的沉积规律,将模拟试验与数学模型拟合相结合,计算雨水管道内悬浮颗粒物的沉积量、最大沉积点和平均沉积速度等参数,分析其变化规律。结果表明:当管道流量增大时,悬浮颗粒物的最大沉积点在管道内发生有规律的迁移,依次由管道前段(距管口约1 m处)向中、后段(8～12 m处)推移,当管道流量减小时则相反;管道内悬浮颗粒物的平均沉积速度随着管道流量的增大而增大,当管道流量减小时则其表现为先增大后减小,当管道流量由350 L/h降至300 L/h之间时管道内悬浮颗粒物的平均沉积速度达到峰值;初期效应下,悬浮颗粒物浓度减小使得管道内悬浮颗粒物的沉积量和平均沉积速度均下降;叠加效应下,当管道流量增大、悬浮颗粒物浓度减小时,管道内悬浮颗粒物的最大沉积点向后迁移,管道内悬浮颗粒物的平均沉积速度先略有下降再逐渐增大,当管道流量和悬浮颗粒物浓度分别为"390 L/h、52 mg/L"时管道内悬浮颗粒物的平均沉积速度达到峰值后迅速下降;当管道流量和悬浮颗粒物浓度同时减小时,管道内各段悬浮颗粒物的沉积量和平均沉积速度均迅速下降,最终趋向于"0"。     

氧含量对甲烷及丙烯爆炸特性的影响

为了进一步研究烷烃类气体在与氧气接触时的爆炸特性规律,对烃类气体爆炸理论、爆炸特性参数做了理论分析和计算,并以甲烷和丙烯为例,通过对其爆炸极限、爆炸压力、爆炸压力上升速率、爆炸指数的测试,探讨了氧含量对烃类气体爆炸特性的影响。测试结果表明:氧含量的增加能提升其最大爆炸压力,当氧含量达到一定值时,理论计算值已不适用;提高甲烷爆炸极限的宽度,对其爆炸上限影响十分显著,但对爆炸下限的影响并不明显;对爆炸压力上升速率也有巨大的促进作用,当氧含量提高时,爆炸压力上升速率可能提升数十倍;并测得了丙烯在80℃,表压0.14MPa条件下的极限氧含量值(LOC)。总之,氧含量的增加对烃类气体爆炸特性的促进作用是十分显著的。     

氮气浓度对扰动条件下甲烷爆炸特性的影响

为探究不同氮气浓度对扰动条件下甲烷爆炸特性的影响，采用20 L球形爆炸试验装置开展了不同浓度(体积分数)甲烷爆炸的抑制试验，试验的扰动条件由空气射流产生，扰动强度通过粉尘仓的初始压力控制，并采用CHEMKIN软件对甲烷爆炸的反应机理进行了敏感性分析。结果表明：无论是均匀静置状态还是扰动条件下，甲烷的爆炸强度均随氮气浓度的增加逐渐减弱，且氮气对高浓度甲烷爆炸的抑制作用更显著，在11.2%甲烷浓度和1.5 MPa扰动强度下甲烷的最大爆炸压力下降值最大，其值为0.663 5 MPa;相比均匀静置状态，扰动条件在一定程度上削弱了氮气对甲烷爆炸的抑制作用，增加了甲烷的爆炸强度，导致甲烷的爆炸压力峰值时刻延长，且不同扰动强度之间甲烷的最大爆炸压力值均相近；氮气不会直接参与甲烷爆炸过程中的基元反应，而是通过稀释反应系统中的氧气浓度来影响基元反应的进行。该研究结果可为有效防治瓦斯爆炸提供理论参考。     

污泥管道输送研究进展

污泥运输可为污泥处理处置其他环节稳定、高效的运行提供保障。在污泥运输的众多方式中,管道输送污泥相对于传统的汽车输送污泥具有密闭、安全和高效等特点,成为污泥运输行业研究的焦点。在设计污泥管道输送系统时,计算运送污泥所需的管道压力尤为重要,但是管道压力的计算容易受到污泥流变特性的影响。首先介绍了温度、含水率、pH值及剪切速率等参数对污泥流变特性的影响;总结了含水率>90%的污泥与含水率在60%~90%的污泥管道输送研究现状,并分析了污泥管道输送的能耗与成本,管道输送适用于城市中心地区地下污水处理厂污泥处理处置的输送;并指出通过改进污泥在管道内的输送方式、改善污泥的流动特性等措施来提高污泥管道输送效率及降低管道输送运行维护费用。     

城市排水涵道油气混合气体爆炸研究现状及展望

城市发展带来的油气运输管道与市政管网的交叉、近距离并排布置等问题十分突出,一旦油气管道发生泄漏流入市政管网并引发爆炸,将会造成极大的破坏,类似事故在国内外屡见不鲜。通过对大量国内外关于油气混合气体爆炸的相关文献进行分析,归纳了城市排水涵道油气混合气体爆炸研究存在的主要问题,即针对排水涵道内气体聚集和运移规律的研究较少、缺乏对混合气体在潮湿环境中的爆炸机理以及沼气对油气混合气体爆炸点火能量及爆炸威力影响的研究、缺乏对油气混合气体爆炸在不同断面尺寸和不同排放工况时排水涵道内的传播规律及爆炸效应的研究,并针对这些问题,提出了城市排水涵道内油气混合气体爆炸今后的研究方向。     

硅酸铝棉对管道爆燃压力波抑制性能评价

为了研究硅酸铝棉对管道内丙烷-空气预混爆燃压力波的影响,本文通过开展丙烷-空气预混火焰在无内衬、内衬硅酸铝棉、内衬实体障碍物和非变截面硅酸铝棉壁面4种管道内的传播试验,并采用压力-冲量准则评价了火焰压力冲击波的危害程度,考察了硅酸铝棉对减轻爆燃压力冲击波危害的作用。结果表明:硅酸铝棉能够减小管道出口压力波的比冲量和DN准数,说明硅酸铝棉对压力波的传播有抑制作用,可降低管道出口处压力波的冲击破坏作用和危害性。     

海洋油田水下集输-立管内两相流冲击力预测模型

目的分析两相流引起的冲击力与管道固有频率的流固耦合特性。方法针对海洋油田水下集输-立管系统内严重段塞流这一不稳定流动,通过构建气液两相流固耦合预测模型,分析管内段塞频率、管外涡街频率等流动特性与管道固有频率的关系,获取严重段塞流不同阶段对管道的冲击力特性。结果在水平方向上,管道所受冲击力最大部位为水平管与下倾管连接处,约为703.3 N;在垂直方向上,管道所受冲击力最大部位为下倾管底部与立管连接处,约为-993.5 N。管道所受冲击力与管内两相流引发的压力波动存在明显的一致性,在液塞喷发阶段,会引起整个管道冲击力的剧增。结论严重段塞流同一周期内,不同流动阶段所引发的管道振动特性不同,且不可忽视,在实际海管设计及使用过程中,需要结合管道运行工况对海管振动特性进行综合评估。     

不同粒径PMMA粉尘爆炸特性研究

采用20L球形爆炸测试装置,对比研究了30μm、800 nm、100 nm的微纳米PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)粉尘的爆炸特性,得出纳米粉尘相比微米粉尘具有爆炸升压速率大、爆炸持续时间短的特性;在密闭容器内,100 nm和800 nm粉尘颗粒的最佳爆炸浓度为250 g/m~3,最大爆炸压力P_(max)分别0.821 MPa和0.865 MPa,爆炸指数K_(st)分别为27.3 MPa·m/s和25.8 MPa·m/s;30μm粉尘颗粒最佳爆炸浓度为750 g/m~3,最大爆炸压力0.708 MPa,爆炸指数K_(st)为10 MPa·m/s~1,总体上纳米粉尘的爆炸危害远大于微米粉尘,但由于粒径减小团聚效果增大,100 nm粉尘只在低浓度下(250 g/m~3)的爆炸威力高于800 nm粒径,当浓度增大,团聚严重,其爆炸威力却低于800 nm粒径,所以对有机纳米粉尘并非粒径越小,爆炸威力越大,而更应关注纳米粉尘在低浓度下的爆炸危害,研究结论可为加工、储存有机纳米材料的安全防护与安全设计提供指导。     

受限空间瓦斯爆炸链式反应机理的敏感性分析

瓦斯爆炸是一种复杂的链式反应,为了探求其链式反应的动力学特性,采用详细的瓦斯爆炸链式反应机理(包括53种组分,325个反应),利用软件CHEMKINⅢ中的SENKIN子程序包,利用SENKIN子程序包中的敏感性分析程序块对瓦斯爆炸的详细化学反应机理进行分析,找出对瓦斯爆炸过程反应动力学特性影响较大的反应步。通过数值计算和模拟,对瓦斯爆炸过程中反应物浓度、自由基以及致灾性气体的生成和变化做了敏感性分析,得出了影响瓦斯爆炸的关键反应步为R158,R53,R98,R57,R155,R156,R38,R32,R119。     

基于结构参数响应的内循环流化床流体特性优化数值模拟

流化床是一种结构复杂而能量转化高效的反应器型式,为了实现系统化的内循环流化床优化设计,利用欧拉-欧拉双流体模型构建了不同结构的CFD流化床模型,在分别改变高径比、导流筒与反应器的直径比和底隙高度3个结构因素的情况下,考察流化床内全流场、局部流场、液相运动速度及气含率等气液两相流的响应特性,分析结构因素及操作因素对流体运动的内在影响,阐明工程优化设计的方向.数值模拟结果表明:高径比主要影响气液流动型态,低高径比时容易出现漩涡和返混,工程中应采用导流内构件并重视气体分布装置的合理设计;导流筒与反应器的直径比主要影响液体循环速度,存在一个合理的区间,考虑流动速度与气含率,流化床直径比可取0.6～0.8,最佳取值为0.7;底隙高度影响流化床底泥区的流体运动,应约等于流化床下降区的缝隙长度.CFD模拟可作为污染控制技术工业放大和优化设计的辅助工具.     

煤炭工业可持续发展的综合治理研究

煤炭工业是我国国家经济中的支柱产业,地位举足轻重.但因为煤矿事故和死亡人数一直居高不下,成为严重制约我国煤炭工业可持续发展的桎梏.在所有的煤矿事故中,瓦斯爆炸引起的事故最多,成为影响煤矿生产安全的“头号杀手”.本文在讲述了瓦斯在煤层中存在现状进行剖析的基础上,分析了产生瓦斯为什么会产生爆炸,怎样减少瓦斯爆炸的几率,对瓦斯进行综合治理有效措施.     

蒸气爆炸系列讲座第六讲锅炉爆炸

前几讲介绍的水蒸气爆炸、低温液化气蒸气爆炸及原油沸溢等属于传热型的蒸气爆炸.本讲的锅炉爆炸则是属于平衡破坏型.平衡破坏型蒸气爆炸的特征是在高压密闭容器内存在着具有高于常压蒸气压的液体而发生的事故.如果密闭容器内液体温度升到临界温度以上,那么,容器内将不存在液体,也就不会发生蒸气爆炸[1].     

有反向压力粘性介质胀形铝、钛合金板实验研究

粘性介质压力成形是一种新发展起来的板金软模成形工艺,其对板料成形性能的影响可以通过胀形实验来检测和评价.文中采用一种具有应变速率敏感性的半固态粘性物质作为传力介质,采用胀形实验研究了在有、无施加反向压力的情况下,铝和钛合金板料的成形形状特征与应变分布.结果表明,粘性介质压力成形,尤其是存在反向压力时可提高板料的成形性能.     

管道焊口泄漏氨气扩散特性分析

针对氨制冷车间管道焊口易发生氨气泄漏的问题,研究了制冷压缩机和冷凝器之间管道焊口位置不同裂口方向对氨气泄漏扩散特性的影响,考虑了管道转弯处焊口裂口方向分别为竖直向上﹑竖直向下﹑水平向左和水平向右时氨气的扩散规律。采用CFD数值模拟方法,分析了四种焊口裂口方向下氨气泄漏扩散的空间浓度分布规律以及速度流场的分布情况。结果表明,水平向左泄漏60 s后,易燃易爆区占正常活动范围的百分比远高于其它3种泄漏方式,对车间的安全威胁最大;竖直向下泄漏60 s后,易燃易爆区域占正常活动范围面积的47.3%,威胁最小。     

旋转射流作用下吸气流动的特性研究

通过试验对旋转射流作用下吸气流动进行了较全面的研究,研究内容包括临界送风速度、最佳喷口宽度及吸气流场特性等。结果表明:旋转射流作用下吸气流动存在一个临界送风速度,且其与排风量、喷口宽度及射流轴向倾角等因素有关;存在一个临界吹吸比为最小值所对应的最佳喷口宽度;旋转射流屏蔽作用下的抽吸流场具有中部压力较低和提高抽吸能力的作用;旋转射流作用下吸气流动不仅能有效地控制有害物扩散,而且可以实现远距离捕集有害物及以较小的排风量排放有害物。     

基于CFD的化工管道内介质流态模拟

以某炼化企业一套200万t/a连续柴油加氢装置中加热炉出口至反应器入口之间的管道P1110为例,借助CFD软件对该管道内介质进行了流态模拟,并研究了易发生冲刷腐蚀的管道部件如异径管、三通接头、弯头等部位的流场特性。结果表明,流体流经管道部件后,其流态会发生较大变化,导致管道易发生冲刷腐蚀。     

汽车油罐车爆炸燃烧特性的数值模拟分析

汽车油罐车爆炸燃烧是一种发生在受限空间内的燃烧情形,研究汽车油罐车爆炸燃烧过程中湍流速度场和温度场的分布和发展对爆炸冲击波形成与传播的作用规律,对于加强汽车油罐车安全设计和防灾减灾具有积极作用。为探究汽车油罐车在爆炸燃烧时油罐内部的火焰变化情况,建立了汽车油罐车爆炸燃烧模型,通过数值模拟分析得到油罐爆炸燃烧时的温度场和燃气速度场分布情况,以此研究油罐内部爆炸燃烧的发展过程。模拟结果与已有文献试验数据存在较好的吻合性,对汽车油罐车油气爆炸燃烧特性规律的进一步研究及汽车用油罐防爆抑爆设计优化具有参考意义。