基于遗传算法的化学反应动力学模型简化法

<正>前言随着我国经济的发展和科学事业的进步,遗传算法在各个领域被广泛运用,对于其理论和实践已经达到较为成熟的高度,另一方面,由于化学工程和生态环境保护的需要,化学反应动力学越来越受重视,其中难度最高的便是其模型的简化,运用遗传算法,能够有效的实现优化。本文就遗传算法和化学反应动力模型的概念进行了阐述,并就如何实现模型简化的方法进行了分析,希望能够对模型简化和环境监测提供一些实用性的指导。     

卤代自由基的化学反应动力学分析

<正>常见的几种卤代自由基的化学反应动力学计算方法从头算自洽场方法这是从化学反应中的原子出发,对其进行力学的分析,以物质分子的运行轨道进行分析,来进行Hartree-Fock-Roothann方程来计算,这种方法不用任何数据,只需要根据原子运行所产生的动力大小来估算出卤代自由基化学反应中一个单位的化学反应所产生的动力。来为实验提供比较精确的反应数值,便于工作人员合理分配反应物质的用量,来实现实验生产出的产品在使用过     

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。     

受限空间中CO与水蒸汽阻尼瓦斯爆炸的反应动力学模拟研究

为了探求一氧化碳与水蒸汽参与瓦斯爆炸的化学反应动力学过程的阻尼效应,建立了受限空间中瓦斯爆炸反应的数学模型。数值计算结果表明,结果表明在瓦斯爆炸过程中,瓦斯-空气混合气体含有10%的一氧化碳,虽然会延迟瓦斯爆炸时间,抑制瓦斯爆炸,但是H、O自由基浓度、瓦斯爆炸温度和压力比不加入一氧化碳时升高,同时对CO2、NO的生成起促进作用;当混合气体中含有10%的水蒸汽时,H、O自由基浓度降低,瓦斯爆炸温度和压力也随之降低,致灾性气体CO2、NO的生成得到抑制。虽然一氧化碳对瓦斯爆炸有一定的阻尼效应,但是由于一氧化碳对部分致灾性气体的生成有促进作用,因此,在阻尼瓦斯爆炸方面,水蒸汽的效果要好于一氧化碳。     

基于化学反应动力学机理的中等尺寸甲烷湍流扩散火焰的数值模拟

通过代码修改,在大涡模拟(LES)中嵌入气相化学反应速率、组分热力学性质和输运特性三大机理文件,严格意义上实现甲烷燃烧的四步简化机理与火灾动力学模拟软件(FDS)的成功对接。燃烧模型采用针对多组分燃料的涡耗散概念(EDC)模型,模拟0.3m直径的甲烷湍流扩散火焰,并分别与基于无限快反应速率的总包单步和两步化学反应预测结果对比。分析预测结果可知:四步机理能够很好的适应FDS框架,其模拟结果具有可靠性,时均温度、速度和主要反应物的预测结果高度一致;机理导入后可以预测CO2、H2O以及中间产物CO和H2的浓度,更合理地描述了火灾中气相产物的产生与输运过程。不同反应机制下主产物CO2和H2O浓度对比结果理想,在高温反应区内存在一定的差异,在高温反应区外呈现出高度的一致性。     

危化品储运火灾爆炸事故多因素耦合动力学关系

导致危险化学品储运火灾爆炸事故的因素众多,揭示其相互间的作用关系是切断事故链实施靶向干预的关键环节。首先,采用事故树和频度统计法遴选出致险因素,通过解释结构模型(ISM)建立致险因素间的递阶层次关系,并基于耦合理论对致险因素进行耦合作用的矢量分析,推导出危险化学品储运火灾爆炸事故因果关系图;然后,根据系统动力学(SD)理论,建立危险化学品储运火灾爆炸事故多因素耦合下的动力学模型。结果表明:该模型不仅能反映致险因素间的耦合作用关系,还可以对各变量不安全耦合量的累积过程进行可视化描述,为后续各致险因素对危险化学品储运火灾爆炸事故作用机理的研究奠定基础。     

含弱约束端面直角管道汽油蒸气爆炸及七氟丙烷抑爆研究

为研究七氟丙烷对汽油蒸气爆炸抑制作用,搭建含弱约束端面直角管道汽油蒸气爆炸抑制实验系统,开展汽油蒸气爆炸实验研究,并与喷入七氟丙烷抑爆介质进行对比,分析爆炸超压值、火焰强度值和火焰传播速度等爆炸特性参数变化情况.结果表明:在1.3％,1.5％和1.7％汽油蒸气体积分数下,不加抑爆介质时,爆炸超压值、火焰强度和火焰传播速...     

NH3/CH4混合气体爆炸极限试验研究及动力学分析

为了预防化工场所合成氨工艺中混合气体爆炸事故,利用爆炸极限测试仪和CHEMKIN软件,研究了 NH3和CH4混合气体的爆炸极限和动力学过程.通过分析NH3和CH4混合气体的爆炸极限和爆炸传播火焰特征,以及爆炸过程中温度、压力和关键自由基·H和·OH的变化规律,探讨了不同体积分数的NH3对CH4爆炸极限的影响.结果表明:NH3的存在使混合气体的爆炸下限上升,在某种程度上抑制了 CH4爆炸,且体积分数越大,抑制作用越明显;爆炸下限时的火焰经历了半圆形向指尖形的转变,NH3体积分数越大,爆炸火焰颜色越亮;NH3主要通过影响CH4爆炸链式反应的关键自由基·H和·OH来抑制CH4爆炸.所得结论为有效预防NH3/CH4混合爆炸事故提供了理论依据.     

凝聚态爆炸危险源外壳对爆炸冲击波影响的研究

容器中或储罐凝聚态化学危险品爆炸事故时有发生,容器或储罐壁的厚度对事故后果是否有影响,有什么影响,笔者利用非线性动力学有限元程序ANSYS/LS-DYNA,通过数值计算,研究了开阔空间带壳凝聚态爆炸危险源在空气中爆炸时,外壳厚度对爆炸应力波强度的影响。研究结果表明:易爆危险源壳体厚度的变化对爆炸冲击波的传播特性有显著影响。带壳易爆危险源爆炸作用场中的应力波峰值随距离的衰减指数与易爆危险源壳体厚度成线性关系,壳体越厚,衰减指数越大,应力波峰值随距离衰减越快。该结果为预测凝聚态易爆危险源爆炸事故后果,制定应急预案提供了科学依据。     

燃烧、爆炸过程复杂性行为的非线性动力学(Ⅰ)

从非线性动力学观点,总结了燃烧和爆炸系统的多种复杂现象。指出了其非线性现象之间的对应关系。提出了从非线性即从“系统”、“全局或大范围”、“演化”及“统一”地观点认识燃烧和爆炸现象的观点。     

氢气爆炸特性研究

本文研究、总结了氢气与空气(氢气与氧气)的混合物的爆炸特性.即氢气在空气中,在比较低燃烧界限的情况下,只有向上的传播和非常少的超压可以观测得到.正因为氢气的这种特性,将氢应用于科技将极大地推进社会进步,氢燃料将成为一种主要的能源.然而,氢技术应用的成功与否主要取决于氢使用的安全性.所以,必须掌握实际使用时氢气燃烧的性能.本文在日本过去十年实验数据的基础上,通过实验研究了氢气与空气混合物的燃点.研究了氢气、氧气混合物经氮气稀释后,按化学当量比例将不同浓度的氢气与空气进行混合,并得出了低温下的爆炸压力特性.随后,分别讨论了在初始压力下一致的情况下,试管直径相同的状况下,氢气与空气混合浓度相同的情况下,这三种爆轰传播限制之间的关系.得出了在空气中直接点燃的发生爆轰的最小试管直径,最小的装药量之间的关系,进行了爆轰危险性分级.最后,文章概括比较了氢与其他燃料的燃烧特性,评估了氢气燃烧过程中的危险与安全因素.     

瓦斯爆炸引起沉积煤尘爆炸传播实验研究

运用井下大型实验巷道对瓦斯爆炸诱导沉积煤尘爆炸进行实验研究,并对几次实验结果进行对比分析。通过对爆炸压力以及火焰产生、发展、传播过程进行的分析,得出瓦斯爆炸引起沉积煤尘爆炸过程中压力波存在回传现象;在煤尘刚开始参与爆炸处,爆炸超压有一个较长的持续时间;爆炸火焰的传播速度在铺有煤尘段迅速上升,最后有一平缓的上升阶段,过了煤尘段开始下降;火焰区长度约为煤尘区长度的2倍等规律。实验研究发现的规律为有效的预防瓦斯煤尘爆炸事故提供了理论依据。     

甲烷爆炸过程的近球型爆炸罐定量实验研究

甲烷爆炸是矿井生产中的重大灾害。通过20L密封的球形爆炸罐,实验测试了体积百分比浓度为6%~9%的甲烷爆炸过程中罐内压力的变化,建立了据实验结果计算爆炸过程温度、转化率及各组分浓度等重要参数的数学模型,实现爆炸过程定量研究。研究表明,实验浓度范围内,甲烷初始浓度越大,爆炸最高温度越高,达到最高温度点和终止反应的时间越短,反应最高转化率越大,反应越剧烈。甲烷初始浓度为6%和7%时,爆炸温度变化率和甲烷转化率变化率曲线各出现两个明显的峰,随着甲烷初始浓度升高,第一个峰高度增大,第二个峰高度降低,到甲烷浓度9%时仅剩第一个峰。理论分析认为,第一个峰是自由基链反应、第二个峰值则主要是热着火的结果。本研究对瓦斯爆炸危害评估及预防有重要的作用。     

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。     

爆炸事故原因调查的研究

爆炸事故原因调查可以提供一些有用的信息 ,以避免同类事故的发生。笔者介绍了调查爆炸事故原因所需的材料 ,提出了爆炸事故调查相关的主要内容以及爆炸现场勘查的组织指挥 ,并以一个爆炸事故的调查作为实例进行了讨论。     

常见烯烃爆炸特性的研究

为减少烯烃类爆炸事故带来的严重危害,采用国际通用的20L球型爆炸测试装置测试了常温初始压力为0.1 MPa条件下,4种常见烯烃的爆炸特性参数.结果表明,随着烯烃含量的增加各项爆炸特性参数均呈现出先增大后减小的特征,最大爆炸压力和爆炸指数均在化学计量比附近获得,4种烯烃最大爆炸压力分别为乙烯1.5 MPa、丙烯1.3 MPa、正丁烯1.5 MPa、异丁烯1.6 MPa,爆炸指数分别为16.56 (MPa·m)/s、7.37(MPa·m)/s、16.98 (MPa·m)/s、29.07(MPa· m)/s.     

粉尘爆炸研究方向初探

本文从现有的对粉尘爆炸特性的认识出发,分析了粉尘云特性,粉尘爆炸与爆轰,湍流对反应波阵面的加速几个方面,提出了近期应该在粉尘爆炸参数测试技术标准化、粉尘指数K_(st)、粉尘爆燃转炸轰的过程、泄炸机理以及控炸装置和控炸设计规范等方面的研究上下功夫,以便更有效地利用现有的试验条件,更快、更多、更好地解决工程实际问题。     

油罐中油气爆炸规律研究

建立了油料储罐油气爆炸模拟实验系统,并在模拟实验的基础上,分析了不同因素对爆炸压力的影响及爆炸产物的分布规律.结果表明,油气浓度、罐内初始温度等对油罐油气混合物爆炸过程有重要影响,且存在临界油气浓度(2.5%)及临界初始温度(306 K),在临界值下,油气爆炸最为剧烈.当油气浓度小于临界浓度时,爆炸产物中CO2浓度高于CO浓度,而大于临界浓度时,爆炸产物中CO2浓度小于CO浓度.本研究可为油料储罐油气爆炸灾害事故的防治及安全规程的制定提供参考.