瓦斯爆炸传播过程中障碍物激励效应的数值模拟

笔者对瓦斯爆炸传播过程中的障碍物的激励效应的物理机制进行了分析 ,并构建了相应的物理模型 ,设计了 3种情况下 ,对冲击波经过障碍物附近时的变化特征进行了数值模拟。结论表明 ,非燃烧区的障碍物同样存在激励效应 ,激励效应取决于瓦斯爆炸冲击波的初始强度 ,即爆轰状态激励效应最为强烈。     

瓦斯爆炸传播过程中矿车激励效应的实验研究

为了分析矿车在矿井瓦斯爆炸传播过程中的激励效应,模拟井下工作环境,构建了实验管道,按照比例建造了矿车模型,分别设定一个矿车和三个矿车链接两种实验工况进行试验。根据冲击波传播过程中激励效应的形成机制,以爆炸传播过程中火焰和冲击波波阵面变化测试为主要测试目标,采用激光纹影的测试方法,分别观测了两种工况条件下下矿车区域附近爆炸冲击波畸变情况,捕获了冲击波经过矿车附近时,冲击波变化特征。根据试验观测,当冲击波经过障碍物附近时,波阵面明显发生畸变,而当三个矿车存在时,火焰出现了回流和绕流现象,燃烧强度和速度都明显增加,这一实验结果一方面证实了矿车对瓦斯爆炸存在明显的激励效应,同时指出矿车数量多,激励效应会更强。本文研究结果对瓦斯爆炸事故阻爆、隔爆技术开发和事故调查有一定的指导意义。     

障碍物对火焰传播过程影响数值模拟

采用CFD软件AutoReaGas建立典型的物理模型及数值模型来研究管道内障碍物对可燃气体爆炸火焰传播的影响规律。结果表明,障碍物间距、阻塞率的改变会对爆炸场内的火焰传播速率产生巨大影响。障碍物间距的改变对火焰传播速率的影响是一个先增大后减小的过程;低阻塞率下,火焰传播速度较低。但随着阻塞率的增大可燃气体爆炸火焰传播速度得到明显的增大。为障碍物对可燃气体爆炸传播规律的影响的进一步研究提供了理论依据。     

障碍物布置对气体爆炸压力场的影响效果研究

为研究可燃气体爆炸压力场受障碍物布置的影响情况,运用流体动力学软件AutoReaGas建立不同阻塞程度和不同结构（平面、立体）的障碍物爆炸模型,模拟分析不同布置情况对气体爆炸压力场的影响程度和规律。研究表明:改变障碍物的阻塞程度和结构（平面、立体）都会影响可燃气体的爆炸超压峰值。同种障碍物结构下,随着阻塞率的增加,气体爆炸压力的增加程度在一定范围内呈现出先增大后减小的变化情况;相同阻塞率下,立体障碍物对爆炸压力场产生的影响明显大于平面障碍物。研究立体障碍物与平面障碍物对加速燃烧的影响情况旨在为工业生产过程中的实际应用提供理论依据和基础,为防控气体爆炸灾害提供一定参考借鉴作用。     

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。     

受限空间障碍物截面变化对混合气体爆炸特性参数的影响研究

为研究障碍物截面变化对混合气体爆炸特性参数的影响规律,运用3D动态流体动力学软件AutoReaGas建立障碍物截面不同变化方式和趋势的爆炸模型,模拟分析截面不同变化方式（渐变、突变）和不同变化趋势（由大变小、由小变大）对气体爆炸特性参数（速度、压力场）的影响程度和规律。研究表明:改变障碍物的截面变化方式和趋势都会影响可燃气体的爆炸参数。对于爆炸压力场,截面变化情况下的爆炸超压大于截面不变的情况,截面渐变大于截面突变的情况,截面由大到小变化与截面由小到大变化下的爆炸超压呈现相反变化趋势。对于爆炸速度场,截面不同变化方式和趋势下的速度变化情况均为在开始的一小段时间内先减小然后逐渐增大。     

甲烷-煤尘爆炸波与障碍物相互作用的数值研究

为了探讨煤矿瓦斯和煤尘爆炸的物理机制 ,基于对甲烷和煤尘爆炸传播的理论分析 ,采用数值模拟方法研究障碍物对甲烷和煤尘爆炸传播的影响 ;为了更系统地考虑颗粒相各种输运特性、相间滑移和耦合 ,采用双流体模型建立了数学模型 ,该模型的出发点是把颗粒群和气体都作为连续介质 ,两者相互渗透充满整个空间形成没有间隙的“流体”———拟流体 ,在欧拉坐标系下考虑气 -固两相流动 ,气相和颗粒相的计算网格统一 ,易于处理。数值方法采用LU分解和迎风TVD格式分别处理对流项的隐式和显式部分 ,扩散项采用中心差分 ;同时研究了不同形状的障碍物对流场的影响 ,计算结果与实验吻合较好     

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。     

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。     

泄压点火不同端管道内甲烷爆炸特性数值模拟

结合气体爆炸传播机理,利用FLACS软件对泄压点火不同端两种方式(泄压口通径为25 mm和泄压口完全开放)下甲烷的爆炸过程进行数值模拟,获得了5种体积分数甲烷的爆炸特性参数,分析得出:两种不同泄压方式下,10%,9.5%,11%体积分数的甲烷爆炸特性变化趋势接近,7%,8%的甲烷较前三者有所延迟;5种甲烷在管道中心处的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、最大爆炸压力下降速率、温度峰值都随甲烷体积分数的增大而逐渐上升,在10%时达到最大,继续增加甲烷体积分数则出现下降趋势,最大爆炸压力时间变化趋势与其相反;管道中心处的爆炸产物浓度随着甲烷体积分数的增大而增大,与泄压方式无关;增大管道泄压口面积有利于爆炸压力以及爆炸高温高压气体的释放,使得各体积分数甲烷的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、最大爆炸压力下降速率、温度峰值均下降,到达最大爆炸压力的时间均增大。     

障碍物对瓦斯煤尘爆炸火焰传播规律的影响

为了进一步探究瓦斯煤尘耦合爆炸火焰的传播规律,用自行搭建的半封闭垂直管道爆炸试验系统,研究障碍物对瓦斯煤尘耦合爆炸火焰传播规律的影响。研究结果表明:障碍物能显著提高瓦斯煤尘爆炸火焰的传播速度,其加速机理主要是障碍物诱导的湍流区会促进火焰的传播;火焰在传播过程中的加速度不是一直增加,随着火焰速度的增加会出现上下波动;煤尘的加入会使瓦斯爆炸产生的火焰传播速度显著增大及速度的最大值距离点火端较远;通过障碍物时爆炸产生的火焰形状发生较大的改变,出现拉伸和褶皱现象。     

障碍物压力反射特性对瓦斯爆炸传播影响的数值模拟研究*

为了研究不同形状障碍物对瓦斯爆炸传播的影响机理,对直径0.2 m、长6.5 m的密闭直管道内的瓦斯爆炸过程进行数值模拟。研究结果表明:在该实验条件下,对于火焰通过整个管道的时间,方形障碍物时间最长,球形障碍物与无障碍物时间接近,且用时最短;无障碍物时,在反射压力波作用下火焰传播速度存在明显的波动特性;有障碍物时,障碍物的诱导作用要大于反射压力波的作用,火焰传播的这种波动特性得到抑制,提升了火焰前锋向未燃区域传播的能力;压力波的波动频率与气流震荡、压力波反射叠加有关,波幅则主要与正向压力波和反射压力波的叠加效果有关。研究结果为煤矿瓦斯爆炸事故防治及隔抑爆技术应用提供技术支撑。     

螺旋形障碍物对瓦斯爆炸影响的研究

瓦斯爆炸事故给煤矿生产、国家经济发展以及人民的生命财产造成了巨大损失,因此,在置障条件下研究瓦斯爆炸特性,对预防和减少瓦斯爆炸事故具有重要意义。利用水平管道式气体爆炸实验装置,研究了螺旋形障碍物对瓦斯最大爆炸压力以及最大爆炸压力上升速率的影响。结果表明:螺旋形障碍物的存在对瓦斯爆炸的爆炸压力和最大压力上升速率有明显促进的影响,随螺旋形障碍物螺旋的增加,对最大爆炸压力和最大压力上升速率的激励作用越明显。     

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。     

泄爆夹层内障碍物对泄爆效果影响的数值模拟研究

为研究泄爆夹层内障碍物位置对燃气泄爆效果的影响,以某大型商业综合体暗厨房为研究对象,考虑泄爆夹层中结构梁不同位置的泄爆效果,对暗厨房燃气爆炸的泄爆过程开展数值模拟研究。研究结果表明：在火焰没有到达泄爆窗前的爆炸初始阶段,障碍物对火焰结构和传播速度基本没有影响,当火焰进入泄爆夹层后,障碍物的存在可引发火焰加速现象;当障碍物距离泄爆窗1.7 m时,火焰加速现象较为明显,火焰最大传播速度可达591.5 m/s,此时厨房内压力峰值约2.9 MPa,约为没有结构梁情况下1.42倍;障碍物距离泄爆窗较近时,二者将协同影响火焰传播;厨房内压力峰值随着障碍物与泄爆窗距离的增大遵循增大-突降-增大的规律。研究结果可为商业综合体暗厨房泄爆设计提供一定理论依据。     

瓦斯积聚量及爆炸距离对风机和防爆门的影响研究*

为揭示瓦斯积聚量及瓦斯爆炸距离对风机和防爆门的影响机制,利用Fluent模拟软件,结合宁煤集团羊场湾矿的实际情况,在构建三维数学物理模型的基础上,开展不同瓦斯积聚量（56.52,113.04,169.56,226.08 m3）和不同爆炸距离（20,30,50,70 m）条件下的模拟研究。研究结果表明:风机和防爆门处超压峰值随瓦斯积聚量增加而增加,均呈线性关系,瓦斯积聚量为56.52 m3时风机处超压峰值为0.260 MPa,小于风机破坏荷载0.306 MPa;考虑安全系数前提下,当瓦斯积聚量超过56.52 m3时防爆门应开启保护风机;在确定瓦斯积聚量为56.52 m3基础上,分析不同爆炸距离对风机和防爆门影响,由模拟结果可知,风机和防爆门处超压峰值随爆炸距离增加而降低,均呈幂函数关系。研究成果可为瓦斯爆炸对风机和防爆门的影响研究提供指导。     

基于Gaussian的甲烷爆炸微观反应计算分析

为从微观热力学及动力学角度更深入了解甲烷爆炸微观反应机理,应用Gaussian软件DFT理论,B3LYP-D3(BJ)/6-31+G*水平对利用敏感性分析方法得出的甲烷爆炸反应简化机理中各驻点进行结构优化与频率计算,在M06-2X/def2-tzvpp水平上计算单电能,得到反应物、中间体、过渡态、产物的稳定构型及其参数、热力学数据,并计算得到各反应的焓变、吉布斯自由能变及自由能垒。研究结果表明：甲烷爆炸微观反应机理中基元反应1,9无过渡态,其他反应存在过渡态;基元反应1,4等为反应体系提供热量,保证甲烷氧化反应不断进行,反应1放热最多,焓变为-433.7 kJ·mol^-1;关键自由基OH·的生成是反应3 O₂+H·→OH·+O·与反应4 O·+H₂→OH·+H·相互协同与促进的结果;反应3 O₂+H·→OH·+O·为该甲烷爆炸机理的决速步,自由能垒为312.4 kJ·mol^-1。研究结论可为深入研究甲烷爆炸微观反应机理和化学抑爆机理提供借鉴。