地下储库油气爆炸及抑爆机理与技术研究

针对地下储库受限空间的特点和油气爆炸抑制的需要.在前期所完成的系统油气爆炸试验和理论研究的基础上,采用超细冷气溶胶抑爆新技术,建立地下受限空间油气爆炸及其抑爆模拟试验系统,研制出新型超细冷气溶胶粉体抑爆剂,并对其进行可行性与有效性研究.对地下受限空间油气爆炸抑制的影响因素进行研究,分析了抑爆剂作用机理.结果表明:超细冷气溶胶是一种高效的抑制地下储库油气爆炸的抑爆剂;在相同试验条件下,迎着火焰传播方向喷射抑爆剂的抑爆效果优于垂直火焰传播方向喷射抑爆剂;喷射压力存在临界值,较小较大都不利于油气爆炸抑制,在本文试验条件下.最佳抑爆效果的喷射压力临界值约为0.8 Mpa;抑爆剂用量不能低于临界抑爆浓度,实验得到的抑爆刑临界浓度为0.232 ks/m3;布置方式对抑爆效果具有明显的影响.分散布置比集中布置具有更好的抑爆效果.本文的研究对后续抑爆装置的研制提供了重要的理论参考和关键设计参数.     

狭长地下受限空间火灾分区形成的试验研究

通过狭长地下受限空间的火灾模拟试验,研究O#柴油在不同空间尺度形成的火灾分区现象.分析柴油燃烧时狭长地下受限空间火灾分区现象形成的判断依据、条件、时间,惰化区氧气耗量与空间容积的关系,惰化区氧气体积分数、烟气温度随时间的变化.结果表明.燃料量、空间尺度和燃烧表面积是影响狭长地下受限空间火灾分区形成的主要因素;分区现象形成的判断依据为惰化区氧气体积分数≤16%;分区现象形成的条件为火焰区容积热强度≥720 kW·m-3.这对地下受限空间火灾的防治和其性能化设计具有参考价值.     

不同形状受限空间内油气爆燃特性的实验研究北大核心CSCD

基于实验对4个不同形状的20L容器内的油气爆燃过程进行了研究,探讨了不同形状受限空间内爆炸压力荷载的变化和火焰行为的区别。结果表明:管道(短管和长管)的压力时序曲线较容积式受限空间(球形容器和立方体容器)的压力时序曲线更复杂,并且出现压力振荡;随着初始浓度的增加,超压值和平均升压速率均先增大后减小,在浓度为1.74%时达到最大值,此时,超压从大到小依次为:长管>短管>立方体>球形容器,平均升压速率从大到小依次为:短管>立方体>长管>球形容器;在爆燃初期,立方体中火焰行为为半球状层流火焰→扁平层流火焰,火焰速度先增大后减小,最大速度为12.5 m/s,长管中火焰行为为半球状层流火焰→拉伸指状火焰,火焰速度一直增大,最大速度为40 m/s。     

地下油料储存库火灾初期模式与安全性研究

使用模拟的地下油料储存库装置,对地下油料储存库火灾初期模式进行了实验研究.结合油料地下储存库火灾防治和安全性要求对实验结果进行了分析.结果表明,模拟油料地下储存库起火后,火灾初期模式与实验初始条件、边界条件和装置结构直接相关.在一定条件下,模拟油料地下储存库内出现爆燃向爆轰的转变;不同的环境条件下,火灾的模式不同;油料地下储存库内火灾的发展,油料的持续燃烧及发生燃烧的部位受通气条件和洞内复杂的烟气流向等条件控制.     

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。     

局部扰动对主坑道爆炸波发展的数值模拟与实验研究

在地下建筑物,如隧道、地下储油库、人防工程、地下物资仓库等里面,由主通道旁结分支通道是最常见的一种布置形式,是一种典型的复杂受限空间结构.一旦有可燃气体发生爆炸燃烧,爆炸压力波和火焰的传播将受众多因素的影响,其中局部扰动的影响是主要因素之一.本文通过实验和数值模拟的方法研究了油气混合物在该复杂受限空间中由弱点火引起爆炸燃烧的发展过程,湍流强度经旁接分支坑道后在主通道中的变化,以及爆炸压力波和火焰经局部扰动后的变化过程;并将数值模拟结果与实验结果进行了对比和综合分析,得到了与地下受限空间安全相关的重要结论.湍流强度是复杂受限空间中可燃气体爆炸燃烧发展过程的主要影响因素之一,局部扰动将增强爆炸流场的湍流强度,加速燃烧化学反应,能量的释放量和速率大大提高.这些能量的快速加入促进了高峰值压力波的形成,火焰也被加速,爆炸从此由弱转强,出现跃升.研究结果对地下受限空间爆炸过程的进一步研究以及爆炸灾害的预防都有参考价值.     

容积式受限空间油气爆燃火焰特征的实验研究

根据容积式受限空间油气爆燃火焰特征实验研究的需要,设计了实验系统,进行了不同油气体积分数下的油气爆燃模拟实验。基于实验所得的瞬时火焰信号数据与火焰图像,分析了不同油气体积分数下容积式受限空间内油气爆燃的火焰形态结构、传播速度、强度与持续时间等主要行为特征,所得结果对探索油气爆燃机理与基本规律具有重要参考意义。     

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。     

基于详细化学动力学的甲烷热着火影响因素分析

利用化学动力学软件CHEMKIN4.1,在不同初始温度、浓度、湿度和压强下,对甲烷热着火进行了详细化学动力学 模拟。通过对主要组分摩尔浓度分析和温度敏感性分析,得到了甲烷热着火过程的主要基元反应和引发热着火发生的主 要原因。通过对甲烷热着火的延迟时间、热着火发生后主要生成物摩尔浓度和反应后的温度的对比分析,揭示了初始浓 度、湿度和压强对甲烷热着火的影响规律。本研究可以为甲烷为主的气体如瓦斯、天然气等可燃气体的燃烧和爆炸提供 理论支撑,从而有效利用这些可燃气体,降低灾害的发生。     

高热壁油气热爆燃实验研究

设计了高热壁油气热爆燃实验系统,对地下受限空间油气混合物在高热壁条件下的热爆燃现象进行研究,获得了油气热爆燃过程中测点的温度和各成分体积分数变化历程,以及热起燃过程的时序照片.根据实验结果,讨论了油气混合物热爆燃的着火方式、着火条件及着火延滞期规律.结果表明,高热壁条件下,密闭坑道内的油气混合物的着火温度高于自燃点近80 K.高热壁周围极大的温度梯度是着火温度远高于自燃点的原因之一.热壁条件下油气混合物引燃过程分为缓慢氧化阶段、快速氧化段和着火段3个阶段.热壁着火的延迟期在实验条件下相当长,着火方式以热壁表面油气点燃为起点.