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。     

三通管不同开口状态下爆炸气流湍流变化规律

为研究三通管不同开口状态下爆炸参数变化规律,基于数值模拟分析管内爆炸湍流动能大小、形态变化特征.研究结果表明:不同开口状态下三通管道内湍流动能峰值最大值均出现在垂直岔管内,垂直管道开口情况下管道内的最大湍动能峰值增大29.86％,水平管道开口情况下该数值降低10.12％,而两端均开口情况下,增大178.45％;管内与湍...     

爆炸塔内爆炸流场的数值模拟

采用二维非定常流体动力学差分方法(隐式TVD格式),以轴对称和平面问题对半球顶圆柱筒身爆炸塔内,中心和偏心爆炸的流场进行了数值模拟。本文简要介绍了方法与结果。     

工业弯管泄爆口位置对爆炸湍流的影响分析

为研究弯管泄爆对气体爆炸的影响,基于试验测试和数值模拟(FLACs软件)分析管道泄爆状态下湍流的变化规律。结果表明：在试验条件下,封闭管道弯管内4.8 m处监测点湍流动能峰值为5 745.42 m²/s²,开口泄爆后该点湍流动能增幅为8.4%;当改变泄爆口位置时,弯道处监测点测得最大湍流动能相较于封闭管道该处最大湍流动能增幅为20.84%,弯管处湍流动能比直管最大增加了314%,影响因素主要为管道结构和泄爆口产生的排放和诱导作用;不同工况下内径0.125 m管道上泄爆口处最大湍流动能随着泄爆口位置和点火点之间的距离的增大而先增大后减小,二者的关系可拟合为一维高斯函数(Gauss Amp),拟合结果显示湍流动能最大为13 352.55m²/s²,此时泄爆口的孔口效应和流量限制都增大了湍流强度,导致更快的爆炸气流流出速度及更高的气体燃烧率,冲出气流携带的能量较大,对周围设施的危害影响最大。     

基于物理模型分析与深度神经网络融合的爆炸流场实时模拟方法

爆炸流场预测研究是爆炸安全性分析重要的组成部分,当前基于物理模型的CFD模拟已成为复杂空间环境下爆炸场景定量分析的首选工具,然而其计算效率较低,无法支持实时应急响应。借助基于机器学习(Machine Learning, ML)算法的代理模型可以有效缩短定量分析周期,但可供算法学习的数据量少是该项技术在化工事故后果分析中应用所面临的主要问题。因此,将物理模型分析与深度神经网络相融合,通过数据集构建、数据降维、数据回归和数据生成4个步骤,最终构建高效的卷积变分自编码器(Variational Autoencoder with Deep Convolutional Layers, VAEDC)与多层前馈神经网络(Multi-layer Forward Neural Network, MFNN)混合模型,用于实时预测区域爆炸压力场。基于特定区域,根据定义的算法输入与输出,利用CFD技术对各种爆炸过程进行模拟以获得大量的数据;基于CFD模拟数据,利用VAEDC将区域压力场的高维特征降维为隐空间变量,利用MFNN拟合爆炸相关参数、流场观测时刻与隐变量的映射关系,并以储罐区为例进行建模分析。结果表明...     

丙烷对甲烷-空气预混气体爆炸影响机理研究

为探究丙烷对甲烷爆炸的影响,通过试验研究不同体积分数丙烷对甲烷爆炸特性的影响特征,利用CHEMKIN-PRO软件模拟丙烷影响甲烷爆炸过程中自由基变化特征。结果表明,随着丙烷体积分数的增大,丙烷对甲烷爆炸呈现出先促进后抑制的作用。当丙烷体积分数为0.2%～0.6%时,促进甲烷爆炸;当丙烷体积分数为0.8%～1.0%时,抑制甲烷爆炸。在丙烷促进甲烷爆炸阶段,丙烷通过均裂反应生成·C₂H₅和·CH₃,·CH₃增大·H、·O、·OH的生成速率,导致爆炸强度增强;在丙烷抑制甲烷爆炸阶段,随着丙烷体积分数的持续增加,O₂体积分数降低,·O生成速率降低,·H、·OH生成速率降低,导致爆炸强度减弱。     

隧道并行输气管道爆炸对邻管的冲击效应分析

针对隧道内输气管道泄漏发生爆炸对相邻管道的潜在威胁,基于泄漏率的求解,得到爆炸气体的扩散分布规律,确定蒸气云爆炸的TNT当量;利用LS-DYNA有限元软件建立隧道并行输气管道爆炸模型,分析在不同的泄漏尺寸、爆心距和风速下,邻管对爆炸冲击的动力学响应。基于峰值振速的经验公式的验证,表明所采用的管隧模型的可行性。结果表明:在内压和爆炸荷载的共同作用下,隧道内管道的等效应力和速度会出现多个峰值,有别于开敞空间的爆炸规律;泄漏尺寸越小、爆心距和风速越大,管道的动力响应越小;相比爆心距和风速,管道的动力响应峰值对泄漏尺寸的变化更敏感。研究成果可为管隧结构在极端情况下的事故预防和维护抢修提供理论指导。     

球接管容器气体爆炸尺寸效应的试验研究与数值分析

为了解尺寸对球形容器连接管道甲烷-空气混合物爆炸的影响规律,利用Fluent软件,采用κ-ε湍流模型、涡耗散模型(简称EDC模型)、壁面热耗散、热辐射模型及SIMPLE算法,建立了球形容器连接管道内甲烷-空气混合物爆炸的数值模型,对容器与管道内甲烷-空气预混气体爆炸的尺寸效应进行了数值模拟。结果表明:随管道内径增大,球形容器内最大爆炸压力逐渐增大,管道末端最大爆炸压力变化无明显规律;而随管道长度增加,球形容器内最大爆炸压力逐渐减小;改变管道内径,较大体积球形容器内最大爆炸压力均大于较小体积球形容器内最大爆炸压力,最大爆炸压力上升速率的规律则相反,容器体积对管道末端最大爆炸压力的影响无明显规律。     

障碍物对采用泄爆管泄放气体爆炸影响的数值模拟

采用k-ε湍流模型和漩涡耗散概念模型(EDC)建立了泄爆管泄放气体爆炸的模型,并模拟容器内置障碍物时泄爆管泄放气体爆炸火焰的传播过程,分析了障碍物形状、阻塞率、位置、个数对超压(pred)和压力上升速率的影响.结果表明:障碍物的出现导致燃烧速度和pred上升,正方形障碍物导致的爆炸后果最严重;增加障碍物个数或增大障碍物阻塞率均可增加超压和燃烧速度;障碍物置于容器中心,爆炸后果较强,而靠近点火源或泄爆口,后果有所减弱.     

受限空间爆炸碎片影响分析

受限空间油气泄漏爆炸会产生巨大的能量,爆炸碎片在抛射距离和抛射方位上具有很大随机性,引发的多米诺事故容易对设备和人员造成重大伤害。为了研究爆炸碎片的影响范围及对设备、人员伤害程度,以地下密闭涵道作为研究对象,考虑爆炸能量影响,采用ANSYS Autodyn模拟软件,重点对涵道覆盖物爆炸碎片进行模拟,定量分析了爆炸碎片的影响范围及在影响区域内对设备、人员造成的伤害程度。结果表明:运用Autodyn软件进行仿真,能够更加准确地得出爆炸碎片的抛射情况及影响范围; 在爆炸能量一定的情况下,碎片的大小是影响设备和人员受伤害程度的重要因素。     

爆炸冲击作用下储油罐毁伤特性的数值模拟

大型储油罐是石油库的主要设备,研究其在爆炸载荷下的动态破坏特性意义重大。为获得拱顶油罐结构在爆炸冲击作用下的毁伤机制,采用ANSYS/LS-DYNA建立了柴油拱顶油罐的有限元数值模型,开展了不同炸药量和储油量下拱顶油罐结构的爆炸冲击破坏过程的数值模拟研究。结果表明：储罐内部爆炸后会出现两个薄弱区域,分别出现在罐壁与拱顶的环向交接处和柴油液面的分界处;储罐爆炸冲击波的分布几乎不受TNT当量变化的影响,但爆炸超压随着TNT炸药质量的增加而显著增强;储罐内部的油料液体可以减弱爆炸冲击载荷对罐体结构的破坏效应。研究可为既有罐区安全功能改进和新罐区建设提供理论支撑。     

连接结构尺寸对三通管冲蚀磨损影响的数值模拟

针对石油管道运输系统中三通管的冲蚀磨损问题,采用DPM冲蚀预测模型,模拟分析了油品中夹带的固体颗粒对连接结构尺寸不同的三通管的冲蚀磨损情况,得出了颗粒对三通管冲蚀的分布规律。结果表明:T型三通管的冲蚀主要集中在与竖直管道正对的水平管道底部及其附近的外侧管壁,有球体弯头的三通管的冲蚀主要集中在球体附近水平管道的外侧管壁,且冲蚀磨损程度相对较小;随着流体流入速度的增大,2种三通管的最大冲蚀率随之增大且呈指数增长;随着颗粒质量流量的增大,2种三通管的最大冲蚀率均随之增大;当流体在2种不同的三通管中流动时,管道系统的最大冲蚀率的曲线变化趋势基本一致,均为先减小再增大;当管道弯头处球体的直径为管道直径的2倍时,管道的冲蚀速率最小,颗粒对于管道的冲蚀磨损程度最轻。     

瓦斯突出后断面积对逆流影响及爆炸数值模拟研究

首先通过理论分析可得知突出的强度、通风的压力、通风的阻力等因素都会对逆流长度的大小产生很大的影响。然后基于理论分析通过Fluent流体力学软件建立相应的数值模型,对井下巷道断面积变化和不同浓度的瓦斯爆炸进行数值模拟研究,通过研究模拟结果可以看出进风量的大小和回风巷道的大小给逆流长短带来影响的程度,以及瓦斯爆炸后的压力和温度变化。     

惰性气体对氢氧爆轰特性的影响规律

为了减小氢氧爆轰激波管产生的高温高压高速膨胀气流对反应室的侵蚀作用,提高激波管安全性,更好地利用爆轰驱动能力,需要对反应室内流场进行优化设计.借助Fluent软件,基于压力基PISO算法和标准K-ε湍流模型,采用氢氧19步基元反应模型和Peng-Robinson真实气体状态方程,对中高压条件下反应室内氢氧爆轰的形成与发展过程进行了数值模拟,研究了反应室内惰性气体组分及配比、初压等因素对流场特性的影响.结果表明:不同的惰性气体对爆轰参数有不同的影响;在0.2 MPa,298 K初始条件下,混合气体内增加氮气的体积分数可以降低爆温,氩气有助于降低爆速,而氦气会提高爆压和爆速;高含量的氩气和氦气可以使氢氧正常爆轰,但氮气体积分数达到62.5％时较难爆轰,在70％时氢氧爆轰过程无法形成.在0.1～1 MPa范围内,对2H2∶O2∶7Ar混合气体,爆轰压力与初压成正比例关系.在298～373 K范围内,保持2H2∶O2∶5N2混合气体初压为0.2 MPa,初温增加至323 K时,化学反应速率加快使爆压和爆温升高,之后提高初温,单位体积反应物浓度下降使爆压和爆温下降.     

工作面通风方式对采空区风流流场和瓦斯运移的影响

工作面采用的通风方式对采空区流场和瓦斯运移有很大的影响.对工作面采用上、下行通风方式的采空区风流流场和瓦斯分布进行了数值模拟.结果表明:在煤层倾角不同时,工作面采用不同的通风方式下,采空区的漏风量、风流流场和瓦斯运移情况有很大差别.上行通风时漏风量随煤层倾角增大而增高.当下行通风工作面通风压力小于采空区自然风压时会发生采空区气体倒流现象,漏风量随煤层倾角增大而增高.上行通风采空区漏风量比下行通风大;下行通风工作面采空区瓦斯总量大于上行通风.随着煤层倾角增加,上行通风和下 行通风采空区瓦斯总最都减小.     

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.     

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。