爆炸冲击波在建筑群中传播规律的数值模拟研究

为了研究建筑群的布局特性对爆炸冲击波传播的干扰作用及爆炸对周围环境的影响,笔者基于任意拉格朗日多物质流固耦合算法,对空气采用ALE网格,爆轰产物采用JWL状态方程,利用LS-DYNA程序对TNT理想爆炸源的爆炸进行了数值模拟,并与经验公式的计算结果进行了对比,得出了数值模拟方法可行的结论.在该基础上,以一个建筑小区为例,对其遭受爆炸后的响应作了进一步模拟研究.结果表明,建筑物的密度和布局方式对爆炸场的数值与形态都有敏感作用,因此,在城市规划建筑布局阶段,应考虑建筑密度和布局对爆炸冲击波的影响.     

瓦斯爆炸冲击波在角、并联巷道内传播规律对比研究

瓦斯爆炸冲击波在传播过程中的传播特性不仅与瓦斯体积分数、温度等条件有关,还与网络结构有关.为探究冲击波超压在对称角联网络结构内的变化特征、角联分支对主巷道内冲击波传播的影响等问题,结合实际巷道尺寸,对对称角、并联网络巷道进行了瓦斯爆炸过程的数值模拟.结果表明:受角联分支影响,分支后的巷道内冲击波衰减幅度大于并联网络中对应各点,且与角联分支距离越近,影响越大;角联分支对角联分叉前、后巷道内冲击波二次超压产生一定影响;与并联网络相比,角联网络中冲击波到达角联分叉后的超压峰值出现时间更晚;角联网络中角联分叉后各点冲击波超压峰值均低于并联网络中对应各点.     

不同曲率弯曲巷道爆炸冲击波传播特性数值模拟研究

为研究爆炸冲击波在不同曲率弯曲巷道内的传播规律,采用数值模拟手段建立了不同曲率弯曲巷道爆炸模型,分析了爆炸冲击波在巷道内的传播特性及其变化规律, 并结合冲击波超压对人体的伤害程度分类,研究了不同曲率弯曲巷道内爆炸破坏效应分区。模拟结果表明,弯曲角度改变了巷道内冲击波超压分布,随着巷道弯曲角度的不断增大,壁面反射对冲击波超压峰值分布起主要作用,随着传播距离的增加,冲击波超压峰值衰减显著,体现了超压峰值变化的距离效应。此外,巷道弯曲角度的增加整体减小了爆炸损伤严重程度。研究结果可实现对不同曲率弯曲巷道内冲击波超压分布的预测,并为巷道内爆炸事故预防及应急救援提供借鉴。     

水下爆破振动及冲击波传播规律数值模拟分析

为了分析研究介质水深度的变化对水下爆破振动波和爆炸冲击波传播衰减规律的影响,采用LS-DYNA软件对不同水深条件下的水下爆破炸礁过程进行了数值模拟分析,通过在数值分析模型中的不同节点位置设置的监测点,得出了在不同水深条件下的爆破振动及冲击波检测数据,结合非线性回归分析方法,得出了可以表征水下爆破振动速度及冲击波强度传播衰减规律的数学模型.经现场测试数据验证,爆破振动速度预测模型的精度为91.75％,冲击波强度的预测精度为87.94％,为水下爆破有害效应的控制提供了依据.     

障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播的影响研究

为研究瓦斯爆炸冲击波、火焰波在具有不同形状障碍物管路中的传播特征,采用Fluent软件数值模拟瓦斯爆炸过程中的超压、温度变化,系统地研究了圆形、正方形、长方形障碍物对瓦斯爆炸冲击波、火焰波的影响。结果表明:管道内存在边长0.13 m的正方形障碍时,瓦斯爆炸过程中的压力峰值达到0.84 MPa,在实际巷道中存在正方形障碍物的地方尤其应加强隔爆设施的布置;对于不同形状的障碍物,随着障碍物尺寸的增加,爆炸超压峰值也随之增加;对于圆形障碍物,阻塞率由小于50%向大于50%的变化过程中温度峰值呈现先增加后减小的变化趋势,且变化幅度较小,由此推断,温度峰值的增减变化以50%阻塞率为分界而出现不同的变化规律;对于正方形和圆形障碍物,温度峰值均随阻塞率的增大而增加;爆炸火焰波在经过不同障碍物时均会发生明显绕流作用,说明障碍物会加速火焰波传播。     

不同曲率弯曲巷道弯角近区爆炸冲击波传播特性研究

为研究爆炸冲击波在不同曲率弯曲巷道弯角近区的传播规律,采用有限元方法建立爆炸模型,分析爆炸冲击波传播特性及其变化过程。研究结果表明,弯曲角度改变了巷道内冲击波超压分布,巷道内爆炸冲击波是巷道壁面反射叠加增强作用与传播距离衰减效应综合作用的结果,在爆源近区反射叠加作用占主导地位,使峰值压力出现极值;随着传播距离的增加,冲击波衰减占主导地位,峰值超压随距离呈现为线性衰减。     

爆炸空气冲击波在巷道转弯处的传播特性

为了探索爆炸空气冲击波在巷道内的传播规律,进行了数值计算和理论分析,讨论了爆炸冲击波通过45°弯曲巷道后的压力变化过程.研究结果表明: 爆炸空气冲击波通过45°弯曲巷道后的压力分布复杂,空气冲击波逐渐恢复为平面波需经过4倍等效巷道直径的距离传播.在该4倍等效距离内,冲击波反射叠加,在巷道外侧壁面Mach反射点取得超压最大值,恢复平面波以后超压随距离呈单调衰减.     

不同类型管道内瓦斯爆炸冲击波传播试验研究

为探究不同类型管道内瓦斯爆炸冲击波传播规律,利用L型、T型和十字型试验管道模拟井下巷道结构,采用瓦斯燃烧爆炸测试系统进行瓦斯爆炸模拟试验,监测管道内不同位置的压力值,研究不同类型管道内瓦斯爆炸冲击波在转弯和分岔结构前后的压力变化规律。试验发现:L型管道转弯处外侧管壁爆炸冲击波压力峰值最高;T型和十字型管道的分岔结构可以降低L型管道转弯处的压力峰值,且T型分岔结构的降低效果更好;L型、T型和十字型管道对冲击波压力的衰减效果依次增强。     

非燃烧区瓦斯爆炸冲击波在单向分岔管道内传播规律的试验研究

在空间上瓦斯爆炸可以分为瓦斯燃烧区、非瓦斯燃烧区两个区域.在瓦斯燃烧区内冲击波和火焰是相互耦合的;当瓦斯燃烧完毕后燃烧波消失,只剩非瓦斯燃烧区冲击波,冲击波失去能量支持,最终恢复至正常大气参数.为了研究非燃烧区内瓦斯爆炸冲击波在分岔管道中的传播特性,搭建了截面为80 mm× 80 mm的方形管道,分别由1 m、1.5m、2.5 m、3m、4m等5种长度不等的管道组合而成.管道由3个部分组成,前端为直管道瓦斯填充区,中间管道为空气直管道和管道末端,末端设计了30°、45°、60°、90°四种单向分岔角度.通过瓦斯填充量和管道分岔角度两个变量,采用TST6300动态数据采集储存仪,对管道内瓦斯爆炸冲击波能量及冲击波在单向分岔情况下超压分流情况进行试验研究.结果表明,管道单向分岔条件下,非燃烧区瓦斯爆炸冲击波分流系数与冲击波初始超压及管道分岔角度有关,分流系数随冲击波初始超压及分岔角度的增加而增加.     

巷道截面积突变情况下瓦斯爆炸冲击波传播规律的研究

瓦斯爆炸冲击波传播规律是研究冲击波的破坏和伤害机理的前提及依据,笔者利用流体动力学、爆炸动力学理论对巷道截面积突变情况下瓦斯爆炸冲击波传播规律进行理论分析,建立巷道截面积突变情况下冲击波传播的数学模型,得到了冲击波波阵面压力和其他空气动力学参数的表达式,从而得到冲击波波阵面压力过巷道截面积突变面时的变化规律.研究成果丰富了瓦斯爆炸冲击波传播规律理论,对井下瓦斯爆炸安全评价以及制定防灾减灾措施提供了理论基础.     

障碍物对瓦斯爆炸冲击波影响研究

为研究障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播规律的影响,利用水平管道式气体——粉尘爆炸实验装置,测试并分析障碍物数量、尺寸和壁面粗糙程度对瓦斯爆炸冲击波超压、冲击波传播规律的影响。结果表明:障碍物对瓦斯爆炸过程中冲击波传播规律具有重要影响。障碍物存在时,改变了爆炸冲击波的传播规律,提高了冲击波超压的最大峰值压力,且随着障碍物数量和尺寸的增加,这种激励作用越明显。随着壁面粗糙程度的增大,瓦斯爆炸冲击波超压明显增大。研究结果对井下巷道瓦斯爆炸冲击波的防治具有一定的指导意义。     

快开门式压力容器余压开门爆炸数值仿真研究

据统计,快开门式压力容器爆炸事故约占压力容器事故总数的三分之一,且带压开门是引起爆炸的主要原因,因此针对其安全开展相关研究具有重要的意义。基于此,该文建立了快开门式压力容器余压爆炸数值计算模型,并进行了数值计算。计算结果(包括压力分布、速度分布、温度分布等)能直观显示快开门式压力容器爆炸过程。数值结果与试验结果进行了对比,结果表明,该模型具有较高精度,可以有效的预测快开门式压力容器的开门余压爆炸。     

Attenuation of a point blast shock wave in the dusty air

The behavior of the blast impulse initiated by a point blast in the dusty air is investigated theoretically. It is shown that the jumps of parameters at the shock front in the dusty air follow other regularities in comparison with the case of an ideal gas, beginning from the distance of three dynamic radii, so at ten dynamic radii the difference in overpressure exceeds 60%. When the air heterogeneity is taken into account, substantial gradual changes of wave profile come over and the total blast wave impulse can't be determined by the front overpressure only. The known far asymptotic law takes no place in the point blast flow at the volume dust densities ρ₂₀ > 3·10^?3 kg/m³. In contrast to the ideal gas, the shock front discontinuity vanishes in the dusty air at a finite distance from its origin and the blast wave eventually turns into a dispersive wave without discontinuity. The wave structure changing is studied in the process of the shock wave transformation into the dispersive wave.     

管道内天然气爆炸火焰及压力波传播规律实验研究

天燃气安全不仅仅局限在企业内部,而是面向全社会,关系到社会稳定和市民生命财产安全。随着天然气市场开拓和广泛利用,庞大的管网系统和多样的用气环境给安全工作提出了更高的要求。采用理论分析、实验研究相结合的方法研究了管道内天然气爆炸火焰及压力波的传播规律。应用直径为700mm,长度为93m的管道进行了三次天然气爆炸传播实验。得出爆源点最大压力值并不是整个爆炸过程的最大值;压力波最大压力值在爆源点附近先降低,然后上升到某一峰值之后再逐渐衰减;最大压力值在衰减过程中不是单调衰减,有点起伏;随着天然气浓度的增大,其爆炸平均升压速率反而减小;随着天然气浓度的增大,其爆炸平均升压速率反而在减小;爆源附近火焰传播速度较小,上升到某一峰值后逐渐衰减。     

Influence of laneway support spacing on methane/air explosion shock wave

A laneway support system provides an available way to solve problems related to ground movements in underground coal mines, but also poses another potential hazard. Once a methane/air explosion occurs in a laneway, inappropriate design parameters of the support system, especially the support spacing, likely have a negative influence on explosion disaster effects. The commercial software package AutoReaGas, a computational fluid dynamics code suitable for gas explosions, was used to carry out the numerical investigation for the methane/air explosion and blast process in a straight laneway with different support spacing. The validity of the numerical method was verified by the methane/air explosion experiment in a steel tube. Laneway supports can promote the development of turbulence and explosion, and also inhibit the propagation of flame and shock wave. For the design parameters in actual laneway projects, the fluid dynamic drag due to the laneway support plays a predominant role in a methane/air explosion. There is an uneven distribution of the peak overpressure on the same cross section in the laneway, and the largest overpressure is near the laneway walls. Different support spacing can cause obvious differences for the distributions of the shock wave overpressure and impulse. Under comparable conditions, the greater destructive effects of explosion shock wave are seen for the laneway support system with larger spacing. The results presented in this work provide a theoretical basis for the optimized design of the support system in coal laneways and the related safety assessments.     

Coupling effects of foam ceramics on the flame and shock wave of gas explosion

The coupling of gas explosion flame and shock wave is analyzed. In the gas explosion process, shock wave is affected by the flame directly, and shock wave also induces the flame. Inhibiting explosion can be achieved by the interference between the flame and shock wave propagation. If the coupling effects can be damaged, the adverse effects caused by the explosion should be mitigated and controlled. According to the structure characteristics of foam ceramics, the coupling effects mechanism of ceramic foam on gas explosion flame and shock wave is researched. When the explosion goes through the structure of foam ceramics, the flame can be quenched and the shock wave be attenuated. After the flame is quenched, the supply of precursor shock wave energy is cut off. Due to lack of energy supply, the destructive effects of blast wave will be reduced effectively. Coupling effects of the flame and shock wave can be damaged by the special structure of foam ceramics. Studies suggest that a certain function to represent the structure characteristics of foam ceramics must exist. For a certain material of foam ceramics, the sure porosity δ and the pore diameter d also can be get, which is the key to research and develop foam ceramic suppression technology of gas explosion.     

Impact of a shock wave on a structure on explosion at altitude

The number of explosive attacks on civilian buildings has recently increased and the pattern of damage inflicted on structures when an explosion takes place at altitude remains quite difficult to predict. The primary aim of the work reported here was to enhance the understanding of how blast waves from an explosion at altitude interact with the ground and with a structure. Small-scale experiments were conducted using a propane–oxygen stoichiometric mixture as explosive. This approach is original because it models high-explosive detonation in terms of gaseous charge explosion using TNT equivalents. Several non-dimensional laws are expressed and validated by experiments. These relationships allow determination of the propagation of a blast wave and its interaction with a structure as a function of the position of the explosive charge when the explosion occurs at altitude. Then, from knowledge of the blast loading, using Hopkinson's scaling law and TNT equivalents, we can predict the interaction of blast waves with the ground and a structure on a real scale. Simulations were performed using the Autodyn code, and good correlation with the experimental results was obtained.     

柱形连通容器内预混气体爆炸过程的火焰传播模拟

为研究连通容器内气体爆炸规律,采用Fluent(经典流体动力学软件)对柱形连通容器内预混气体爆炸过程进行模拟,模拟了不同点火位置和火焰传播方向条件下连通容器内火焰传播过程和压力变化,并分析了连通容器内不同时刻的速度场.结果表明:火焰面在传播过程中并非完全对称,当火焰到达传爆容器后,湍流燃烧剧烈,火焰不规则变形显著;端面点火后在传爆容器内产生的压力峰值和压力波动比中心点火时更大;当起爆容器为大容器时,传爆容器内气体预压缩程度更大,压力峰值更高.     

燃烧管中烟煤粉粉尘云传播参数的试验研究

利用自行设计的长29.6 m,内径199 mm,配有特殊扬尘装置的大犁卧式燃烧爆炸管道试验系统,对弱点火条件下烟煤粉与空气两相悬浮流中的爆炸过程进行了试验研究,用压电传感器测量了管内各测点的压力信号,观测到快速爆燃的状态稳定,分析了爆燃波稳定传播机理.结果表明:在煤粉浓度为300g/m~3及弱点火条件下,悬浮烟煤粉粉尘云中爆燃波能够稳定传播,且稳态传播距离持续20 m以上,峰值超压和波速平均值分别约为70 kPa和430m/s.