泡沫金属对甲烷/空气爆燃火焰的淬熄实验研究

为研究多孔材料对甲烷/空气预混气体爆燃火焰的抑制淬熄效果,运用一套自主设计的管道爆炸抑制系统进行实验研究。在实验中运用高速摄像机记录爆燃火焰在穿过多孔材料板时的淬熄过程,采用20,40,60,80PPI (孔目数) 的4种多孔材料,研究不同孔目数的多孔材料对爆燃火焰传播的形态结构、火焰传播速度以及抑制淬熄等特性的影响。结果表明:多孔材料的孔目数对爆燃火焰传播的早期阶段影响较小,爆燃火焰都经历了半球形火焰和指形火焰阶段;当火焰传播到多孔材料板时,孔目数越大对火焰的降速作用越强,80PPI工况下爆燃火焰不能穿过多孔材料板,即发生淬熄。实验结果揭示了多孔材料对火焰的淬熄作用与微孔通道和火焰的相互作用有关。     

贫燃条件下氢气比例对甲烷/氢气预混气火焰传播的影响

为探究贫燃条件下氢气对甲烷/氢气混合气体火焰传播和传爆能力的影响,测定了甲烷/氢气混合气体的最大试验安全间隙(MESG),在安装波纹板阻火器的DN80管道试验装置上开展火焰传播试验。结果表明：在贫燃条件下,火焰速度受Ф和当量比的控制,当Ф增大时,当量比为主导因素,火焰速度降低;随Ф增加,混合气体的整体活性增大且在Ф小于25%时,火焰传播速度曲线变化相似,在Ф大于30%时,火焰传播速度曲线稳定性较弱,MESG快速下降,临界阻火速度降低,火焰无法在阻火器内淬熄,IIA类爆燃阻火器无法满足阻火需求。     

抑制煤矿瓦斯爆炸传播的新技术设想

基于石油阻火装置对可燃气体爆炸传播的火焰具有淬熄作用,对压力波具有抑制作用,提出将金属丝网、波纹板型等几种结构用于抑制煤矿瓦斯爆炸传播的新思路,填补了阻火器在煤矿中应用的空白,为煤矿阻隔爆技术开拓出新的领域.     

煤矿瓦斯爆炸阻隔爆技术现状及展望

煤矿主要采用隔爆水棚或岩粉棚来抑制瓦斯爆炸火焰传播,但此类技术仅针对一次性瓦斯爆炸,而缺乏对多次及连续瓦斯爆炸的有效阻隔爆手段。仅注重对燃烧波的淬熄作用,对造成很大破坏的冲击波的衰减效果不足。多孔介质的淬熄火焰和衰减冲击波的效能已得到国内外专家的重视,实验研究了多层丝网和多孔材料如泡沫铝和泡沫陶瓷的阻隔爆效果。泡沫陶瓷作为一种多孔介质,具有开孔率大、耐高温、抗冲击力强的优点。理论分析和实验研究表明,由于壁面的多次撞击效应,多孔介质可以有效地销毁瓦斯燃烧化学反应产生的自由基数量,抑制化学反应的放热,使化学反应不能自持进行,进而淬熄燃烧火焰传播;可以大幅衰减瓦斯爆炸的冲击波强度,起到同时淬熄燃烧火焰和衰减冲击波的作用。多孔介质有望成为煤矿井下一种新型的瓦斯爆炸阻隔爆材料和方法。     

立体结构障碍物对甲烷预混火焰传播影响的研究

使用自行设计的火焰加速试验系统,研究了3种立体结构障碍物对管道内预混火焰传播速度和超压的影响。选用长方体、正四棱柱和圆柱,其阻塞比均为40%。结果表明,管道内障碍物对火焰传播的初始阶段起阻碍作用,当火焰越过障碍物后,障碍物加速火焰传播过程。有障碍物时管道内最大火焰传播速度和峰值超压比无障碍物时要大。随着点火距离的增大,管道中最大火焰传播速度和超压先变大后减小。当障碍物位于约6倍管径处时,对管道中火焰传播速度和超压影响最大。点火距离的改变对火焰传播速度的影响大于对管道内超压的影响。     

多分支管道油气爆炸特性大涡模拟

为了研究油库常见的分支结构空间内发生油气爆炸时火焰和压力的传播特性,建立了基于WALE湍流模型及Zimont预混火焰模型的油气爆炸模型;模拟了6种不同分支管道结构空间内汽油/空气混合物爆炸发生发展过程;研究了分支管道数量及相对设置位置对爆炸超压的影响规律,以及分支管道对火焰传播形态和速度的影响规律;模拟结果与前人相关实验规律进行对比。研究结果表明:分支管道对汽油/空气混合气预混爆炸具有明显的强化激励作用;火焰锋面传播经过分支管道时,经历规则—褶皱—规则的变化过程;主管道内火焰传播速度,在分支管道对流场的突扩作用和湍流作用的共同影响下呈震荡变化的规律。     

竖直管道内煤尘浓度对瓦斯爆炸特性影响研究

为研究不同煤尘质量浓度对瓦斯爆炸的影响,采用自主搭建的竖直管道,开展质量浓度为25、50、100、200 g/m3的4种煤尘与体积分数为9%的瓦斯混合爆炸试验,分析爆炸室和传播管道内爆炸压力及火焰传播变化特征。结果表明:增加煤尘质量浓度,混合爆炸压力减小;爆炸室和传播管道内的爆炸特性对煤尘的敏感性不同,爆炸室内爆炸压力对高浓度煤尘较敏感,传播管道内爆炸压力对低浓度煤尘较敏感;煤尘的参与,能促进爆炸室和传播管道内火焰的发展,而煤尘质量浓度的增加主要影响爆炸室后段中的火焰发展,对传播管道内火焰的发展有明显的促进作用,当煤尘质量浓度为50 g/m3传播管道内火焰发展速度最快。     

基于HLLC算法的连通器瓦斯爆炸模拟研究

为研究连通器瓦斯爆炸的瞬态流场并精确捕捉冲击波,采用基于详细化学反应的建表方法(TDC),在OpenFOAM平台上开发基于HLLC算法的瓦斯爆炸求解器,对1 m3密闭釜-管道系统内的瓦斯(甲烷)-空气预混气体爆炸模拟分析,通过瓦斯爆炸试验对模拟结果进行验证,在此基础上分析连通器瓦斯爆炸火焰及冲击波传播特性。结果表明:瓦斯爆炸火焰经过管道时加速,以射流形式喷入传爆釜,传爆釜冲击波的反射波与射流火焰耦合诱导二次爆炸,冲击波强度二次急剧上升;传爆釜中冲击波强度随管道长度增加而增大,管道长4 m时,火焰传播持续加速,而管道长6和10 m时,火焰传播速度先增高后降低。     

置障管道内天然气爆炸过程微观特性数值模拟研究

为揭示障碍物对于火焰传播过程中的激励作用,采用Zimont火焰面模型对内置不同阻塞率障碍物的密闭管道内天然气-空气预混气体的燃爆过程进行数值模拟,结果表明障碍物对于天然气燃爆过程中火焰传播的激励作用明显,火焰传播经历了从层流向湍流的转变过程,70%阻塞率时激励作用达到最大,火焰前锋速度达到了1 156 m/s,管道内最大爆炸压力达到1.02 MPa;火焰传播至障碍物处时,不同阻塞率障碍物场中湍流动能峰值变化趋势基本一致,且高湍流动能区的分布与湍流动能峰值发生剧烈变化。     

NH_4H_2PO_4和SiO_2粉体对铝粉火焰传播特性的影响

为探索受限空间内惰性粉体对铝粉火焰结构及火焰传播特性的影响机制,利用小尺寸开口竖直管道和高速摄影仪和微细热电偶,研究添加质量分数为20%的NH_4H_2PO_4和SiO_2粉体时铝粉燃烧火焰形态、火焰温度和火焰传播速度等参数的分布特征。结果表明:NH_4H_2PO_4和SiO_2粉体能稀释铝粉尘云浓度,有效减弱反应强度;铝粉粒径增大,惰性粉体对铝粉最高火焰温度的抑制作用先增大后减小,当铝粉粒径为30μm时,抑制效果最显著;惰性粉体对铝粉火焰传播速度的抑制作用与铝粉粒径负相关;NH_4H_2PO_4对铝粉火焰的抑制效果比SiO_2明显。     

Large eddy simulation and experimental study of the effect of wire mesh on flame behaviours of methane/air explosions in a semi-confined pipe

Preventing the propagation of flames in a pipeline is an effective measure for avoiding gas explosion accidents and reducing losses. To evaluate the effect of wire mesh, acting as a porous media, experimental and simulation studies are conducted to determine the influence of the wire mesh on the dynamics of premixed methane/air flame propagation in a semi-closed pipe. Four different kinds of wire mesh with different numbers of layers are chosen in the experiments and simulation, and the mechanism of wire mesh quenching of the flame is investigated. The experimental and simulation results are consistent. Flames are quenched when 4 layers of 40-mesh or 3 layers of 60-mesh wire mesh are used; however, once the flame propagates through the wire mesh, the risk of methane combustion may increase. The wire mesh becomes the key factor causing flame folds and acceleration, and the greater the number of layers or the larger the mesh size is, the more obvious the folds after the flame passes through the wire mesh. Moreover, the combination of heat absorption and disruption of the continuous flame surface by the mesh causes flame quenching. Wire mesh can effectively attenuate the flame temperature during premixed flame propagation in a pipe, and the attenuated maximum rate reaches approximately 79% in the case of adding 3 layers of 60-mesh wire mesh.     

Wire-mesh inhibition of jet fire induced by explosion venting

Explosion venting is widely applied in industrial explosion-proof designs due to the convenient, economical and practical features of this method. Natural gas is usually stored in storage tanks. If the gas in the vessel is mixed with air and encounters an ignition source, explosion venting might occur, producing jet fire, generating new secondary derivative accidents and causing casualties and property losses. In this paper, a set of test platforms including wire-mesh suppression devices is established to study the inhibition of jet fire induced by explosion venting by wire mesh. The experimental research shows that a wire mesh significantly inhibits the jet fire induced by explosion venting. The flame propagation velocity and pressure clearly decrease with increasing numbers of wire-mesh layers. The wire-mesh structure significantly affects the flame propagation, and the more layers of mesh there are, the better the suppression effect is. The flame temperature gradually decreases with the addition of the wire mesh. The mesh size significantly affects the pressure propagation of explosion venting. The explosion pressure gradually decreases with the addition of the wire mesh. With increasing distance between the wire mesh and the explosion vent, the maximum temperature first increases and then decreases, and the maximum explosion pressure first decreases and then increases. In the case of single gas cloud, the flame suppression effect is the most obvious when the wire mesh is 0.2 m away from the explosion vent. In the case of double gas clouds, the flame suppression effect is the most significant when the distance between the wire mesh and the first gas cloud is 0.4 m.     

管道结构对氢/空预混气体爆炸特性影响研究

为研究管道结构对氢-空预混气体爆炸特性影响,采用实验与数值模拟相结合的方法,分析不同管道结构内氢-空预混气体燃爆时火焰传播进程、爆炸压力、湍流动能变化及流场分布.结果表明:90°弯管对氢-空预混气体爆炸强度增强作用明显高于T型分岔管和直管.火焰阵面在结构突变处褶皱变形较明显,并出现大尺度强湍流和涡团,气团脉动速度与湍流...     

三通管支管位置对爆炸火焰传播影响分析*

为研究分支管道位置对丙烷爆炸火焰传播的影响规律,通过多组数值模拟与已有实验数据对比,分析不同工况下三通管内火焰传播形态变化特征及温度变化。结果表明:向右传播的爆炸气流在支管左侧形成湍流旋涡,火焰受到拖拽及壁面制约,贴支管右侧壁面呈尖刀状传播;封闭管道中,火焰传播受主管道高速前驱压力波回波影响更显著,垂直支管中火焰与高温风险更大;实验支管位置距离点火源5.6 m时岔口处监测点温度高达2 214.08 K,支管位置增加至5.71 m时,支管处湍流旋涡拖拽火焰,使火焰出现中断,支管移至5.825 m后高温火焰无法传播至支管口,支管中的爆炸风险显著降低。研究结果为工业生产三通管支管位置的选择和支管内二次爆炸风险预测提供科学参考。     

铝粉爆炸无火焰泄压技术及装备研究

为有效防止粉尘爆炸泄爆引起的二次爆炸及火灾问题,基于泄压理论、消火机理,设计开发无火焰泄压装置,装置主要由消火结构、底座、爆破片及夹持机构组成,消火结构由不锈钢金属丝网组成。选择铝粉尘为测试粉尘,通过自建除尘系统试验平台进行试验研究。结果表明:无火焰泄压装置可成功阻止火焰传播,装置释放的冲击波在5 m外均小于5 kPa,除尘系统内部最大泄爆压力为0.1 MPa,装置前端火焰传播速度均大于100 m/s。     

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。     

不同封闭情况下T型管道中瓦斯爆炸传播规律实验研究*

为研究不同封闭情况下T型管道中瓦斯爆炸的传播规律,在90°分岔管道中进行瓦斯爆炸实验,管道封闭情况为弱封闭（双PVC薄膜弱封闭）和强封闭（直管封闭或支管封闭）。实验结果表明:在瓦斯浓度为9.5%时,管道中各点处的瓦斯爆炸压力、火焰传播速度和火焰锋面振荡幅度最大,11%次之,8%最小。T型管道中,弱封闭端瓦斯爆炸压力不断减小;火焰传播速度先缓慢增大后减小,随后又快速增大。强封闭端,瓦斯爆炸压力增大;火焰传播速度先缓慢增大后略微下降,随后快速增大后又大幅度下降,甚至出现火焰锋面振荡现象。不同封闭管道中各测点的瓦斯最大爆炸压力和火焰传播速度大小比较可知,直管封闭管道＞双PVC薄膜弱封闭管道＞支管封闭管道。     

T型管道不同封闭状态瓦斯爆燃火焰传播特征

为了研究分岔管道不同封闭状态下瓦斯爆燃火焰阵面传播规律,在自制的T型透明分岔管道内,设置支管端口完全封闭、直管左端口弱封闭,采用光电传感器和压力传感器测试了直管右端弱封闭、完全封闭2种情况下,预混甲烷-空气可燃气体爆燃火焰传播过程中速度、超压参数的变化情况。结果表明:由于分岔的存在,2种封闭状态在支管端点火后瓦斯爆燃火焰阵面在支管中的传播速度均先增大后减小;直管右端弱封闭时,经过分岔后火焰加速向直管两端传播速度基本一致,分别达到86.29 m/s和88.07 m/s;直管右端完全封闭时,火焰向弱封闭端传播速度增大至166.67 m/s,火焰向完全封闭端传播时并不断压缩未燃气体产生高压振荡反馈导致火焰振荡传播现象,火焰速度不断减小至4.84 m/s;管道内瓦斯爆燃超压均迅速上升到达峰值,之后受压缩气体的膨胀和冲击后爆燃产物的振荡作用迅速下降。