滑移多孔介质下甲烷爆炸特性研究

为探究降低可燃气体燃爆危害及后果的技术及方法,本文基于多孔介质的淬火降压特性,开展当量比为1时9.5%甲烷/空气预混气体在滑移多孔介质初始位置70cm下的爆炸特性实验,通过与无装置实验结论对比,结果表明：滑移装置能够延缓“郁金香形”火焰的出现时间,降低火焰最大传播速度,衰减爆炸产生的冲击波和压力,对最大火焰传播速度的衰减可达13.24%,对管内上游峰值超压的最大衰减比例为17.87%,对下游峰值超压的最大衰减比例为24.74%,本实验结果可为火焰二次加速阶段的抑制奠定一定基础。     

水雾喷洒时间对滑移装置下甲烷爆炸特性影响

为提升滑移装置抑爆效果,在方形管中通入体积分数为9.5%甲烷/空气预混气体,分析细水雾协同不同弹性系数滑移装置作用下,水雾起始喷洒时间对预混气体爆炸特性影响。结果表明：先喷、指尖喷出现坡形火焰二次加速火焰传播,爆炸反应加剧,水雾不同程度充当障碍物加速火焰传播和碰壁断链,缩短火焰熄灭时间;后喷细水雾障碍物作用微弱,利用吸热降温作用抑制火焰传播,熄灭耗时相对较长。在爆炸超压方面,0.22 N/mm、0.42 N/mm 2种弹性系数滑移装置协同作用,先喷情形超压峰值增幅分别为9.25%、16.55%,指尖喷情形则高达88.71%、77.37%,促爆效果明显。后喷有一定的抑爆作用,超压峰值降幅分别为7.11%、2.93%。综上,后喷的抑爆效果优于先喷和指尖喷。     

水雾作用下气体爆炸火焰传播的实验研究

利用自行设计的全程透明的火焰加速管和水喷雾系统，对不同水雾条件下的气体火焰传播现象进行了实验研究。运用光电传感器与数字摄像技术分析了不同浓度的甲烷在不同水雾条件下的火焰传播速度、火焰阵面轨迹以及火焰结构特性，并通过对传播火焰反应区温度的测量，探讨了水雾抑制气体爆炸火焰传播的内在机理及所需的条件。实验结果表明：由于水雾作用于火焰反应区，降低了火焰反应区内的温度和气体燃烧速度，延长火焰阵面的预热区，减缓火焰阵面传热与传质的进行，从而使传播火焰得以抑制。水雾对气体爆炸火焰传播的抑制效果与水雾流量速度、雾区浓度以及火焰到达水雾区的火焰传播速度有关。     

以氢气为主要成分的其他可燃气体对低浓度甲烷爆炸特性的影响

为研究矿井火区中一氧化碳(CO)、氢气(H_2)、乙烯(C_2H_4)和乙烷(C_2H_6)等其他可燃气体对甲烷(CH_4)爆炸特性的影响,利用可视球形气体爆炸系统开展了多元可燃气体爆炸压力特性试验,观察并分析了峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率及其相应时间。通过高速摄影系统拍摄了视窗范围内爆炸火焰传播图像,基于边缘检测方法确定了火焰前锋位置,继而得到最大火焰传播速度。分析了以氢气为主要成分的其他可燃气体对低浓度CH_4-空气混合物压力特性和火焰传播行为的影响。结果表明,多元可燃气体的存在增加了低浓度CH_4-空气混合物的爆炸危险性。随混合气体体积分数增加,低浓度CH_4-空气混合物的峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和最大火焰传播速度非线性增加;此外,到达峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率的时间显著缩短。     

被动式爆炸抑制技术

对近年来国外发展的水袋墙爆炸抑制技术、金属蜂窝填充材料爆炸抑制技术、非金属填充材料爆炸抑制技术以及涂层抗爆技术的应用情况作了介绍,分析其工作原理,在此基础上对这些技术进行了综合对比.     

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。     

水蒸气抑制甲烷燃烧和爆炸实验研究与数值计算

在爆炸激波管中对水蒸气抑制甲烷燃烧和爆炸进行较系统的实验研究,并对其抑燃、抑爆化学动力学作用机理进行数值计算分析。结果表明:加入一定量的水蒸气后,可以有效降低CH4-O2混合气体的燃烧速度和爆炸强度;当水蒸气量达到某临界值时,CH4-O2混合气体将不能被点燃。化学动力学数值计算结果表明:在混合气体中加入水蒸气后,增大了甲烷的点火延迟时间,降低了燃烧温度和H,O和OH等高活性自由基的浓度。水蒸气能有效抑制甲烷燃烧和爆炸,其作用效果源于其物理抑制和化学阻化的综合效应。     

抑制爆炸技术的进展

在Geoff Lunn的粉尘爆炸的防止及保护试验中,有几项减弱爆炸破坏性作用的有效技术。 密闭——容器的强度足以抵抗其内部的爆炸压力。有两种这样类型的装置:①装置承受爆炸压力的能力能抵挡几次爆炸,而不会发生塑性变形;②爆炸压力及产生的振动、撞击等载荷,能使装置产生塑性变形,而不会破裂。     

长管中立体障碍物对瓦斯爆炸特性影响的研究

管道内可燃气体火焰传播与障碍物相互作用的过程的研究对爆炸场所预估和防爆工程设计具有重要的意义,在实际生产、生活中,火焰传播方向上的障碍物往往具有立体结构,基本没有平面结构,因此,利用长管密闭容器,在立体障碍物存在的条件下,研究了瓦斯爆炸压力和火焰传播速度。研究结果表明:随着障碍物数量的增加,瓦斯爆炸压力和火焰传播速度随之增大;阻塞率增加,瓦斯爆炸压力和火焰传播速度出现先增大后减小的现象,当阻塞率为50%时,其爆炸压力和火焰传播速度达到最大;障碍物的摆放形式对瓦斯爆炸压力和火焰传播速度也有一定的影响。     

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。     

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。     

基于1 m3泄爆装置的墨粉爆炸泄压机制研究*

为了研究墨粉在爆炸泄压过程中燃烧与流动的变化机制,通过改变泄爆片尺寸、墨粉浓度以及泄爆片的惯性力等参数对爆炸泄放过程中反应釜中压力以及外场火焰形态变化进行试验研究,同时与完全封闭空间内不同墨粉浓度的压力曲线对比。研究结果表明:相同泄爆开口尺寸下,粉尘浓度与受控爆炸压力（采用爆炸泄压保护措施后工业腔体内产生的压力）负相关;开口尺寸增加可以提升泄压效率;结合外场火焰形态的变化情况揭示声动火焰不稳定性对反应釜中压力发展的影响;通过无惯性泄爆试验的对比证明泄爆片惯性对受控爆炸压力的影响不可忽视。     

惰性气体抑制瓦斯爆燃火焰传播特性实验研究*

为研究惰性气体抑制瓦斯爆燃火焰传播特性,在自行搭建的中尺度爆炸激波管道上,采用数据采集系统、压电式传感器、火焰传感器、同步控制系统和激光纹影测试系统,通过对比4种不同喷射压力（0.5,1.5,2.5,3.5 MPa）的实验工况,选用N2做为惰性介质时抑制火焰的传播特性与喷射压力密切相关,火焰传播速度随着喷射压力增加呈现先增加后减弱的趋势。研究结果表明:少量N2在管道中扩散,加剧了未反应预混气体的扰动状态,造成火焰阵面褶皱的卷吸能力增强,进而加速化学反应进程,促进预混气体燃烧;喷射压力为1.5 MPa时,火焰阵面拉升、变形最强,火焰传播速度提高,最高可达到250 m/s;喷射压力为3.5 MPa时,火焰阵面出现明显三维凹陷结构,运动发生明显滞后现象,火焰传播速度大幅度降低至5.4 m/s,惰性气体抑制火焰传播效果明显。     

Effects of a carbon monoxide-dominant gas mixture on the explosion and flame propagation behaviors of methane in air

This work aimed to experimentally evaluate the effects of a carbon monoxide-dominant gas mixture on the explosion characteristics of methane in air and report the results of an experimental study on explosion pressure measurement in closed vessel deflagration for a carbon monoxide-dominant gas mixture over its entire flammable range. Experiments were performed in a 20-L spherical explosion tank with a quartz glass window 110 mm in diameter using an electric spark (1 J) as the ignition source. All experiments were conducted at room temperature and at ambient pressure, with a relative humidity ranging from 52 to 73%. The peak explosion pressure (P_max), maximum pressure rise rate ((dp/dt)_max), and gas deflagration index (K_G) were observed and analyzed. The flame propagation behavior in the initial stage was recorded using a high-speed camera. The spherical outward flame front was determined on the basis of a canny method, from which the maximum flame propagation speed (S_n) was calculated. The results indicated that the existence of the mixture had a significant effect on the flame propagation of CH₄-air and increased its explosion risk. As the volume fraction of the mixed gas increases, the P_max, (dp/dt)_max, K_G and S_n of the fuel-lean CH₄-air mixture (7% CH₄-air mixture) increase nonlinearly. In contrast, addition of the mixed gas negatively affected the fuel-rich mixture (11% CH₄-air mixture), exhibiting a decreasing trend. Under stoichiometric conditions (9.5% CH₄-air mixture), the mixed gas slightly lowered P_max, (dp/dt)_max, K_G, and S_n. The P_max of CH₄-air mixtures at volume fractions of 7%, 9.5%, and 11% were 5.4, 6.9, and 6.8 bar, respectively. The S_n of CH₄-air mixtures at volume fractions of 7%, 9.5%, and 11% were 1.2 m/s, 2.0 m/s, and 1.8 m/s, respectively. The outcome of the study is comprehensive data that quantify the dependency of explosion severity parameters on the gas concentration. In the storage and transportation of flammable gases, the information is required to quantify the potential severity of an explosion, design vessels able to withstand an explosion and design explosion safety measures for installations handling this gas.     

抛光铝粉爆炸及ABC粉体抑爆特性的实验研究

为研究抛光铝粉的爆炸危险和ABC粉体的抑爆特性,在对实验粉体粒径分布进行分析的基础上,采用20 L粉尘爆炸特性实验装置,分别对不同铝粉尘浓度、不同抑爆剂浓度条件下的爆炸特性参数进行测试。研究结果表明:在实验条件下,铝粉的爆炸下限为45 g/m3＜C＜60 g/m3;随铝粉浓度增加,爆炸烈度呈现出先增强后减弱的变化趋势,在浓度为400 g/m3时爆炸烈度最大。ABC抑爆剂能够有效抑制铝粉爆炸超压和爆炸反应进程,随着惰性粉体浓度的增加,抑制效果愈加明显,爆炸逐渐减弱。当ABC惰性粉体的质量占比增加到50%时,相较单一铝粉爆炸,反应过程时间由72 ms增加至785 ms,爆炸最大压力、最大压力上升速率分别下降了61.7%,89.5%;当ABC粉体质量占比为53%时,铝粉被完全惰化,未发生爆炸。     

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...     

原油管道氮气抑爆实验研究

为了探究不同浓度下的氮气对管道受限空间内油气爆炸的影响作用,通过原油实验管道测得不同油气浓度下的最大爆炸压力值,研究氮气对原油管道爆炸特性的抑制作用。研究结果表明:实验原油管道油气浓度在4.32%~14.25%区间管道油气发生爆炸,在低油气浓度的爆炸区间内,相近油气浓度的爆炸压力等爆炸特性上升较快,高浓度的爆炸区间内,变化较缓慢,在9.23%的油气浓度时爆炸特性变化最明显;在爆炸区间内充入浓度为0%~30%的不同浓度的氮气,随原油管道内氮气浓度的扩充,实验所测得爆炸区间不断压缩,在26%的氮气浓度时几乎不发生油气爆炸,且实验研究的爆炸特性均有所减弱。     

Influence of vacuum degree on the effect of gas explosion suppression by vacuum chamber

In order to study the influence of vacuum degree on gas explosion suppression by vacuum chamber, this study used the 0.2 mm thick polytetrafluoroethylene film as the diaphragm of vacuum chamber to carry out a series of experiments of gas explosion suppression by vacuum chamber with the vacuum degree from −0.01 MPa to −0.08 MPa. The experimental results show that: under the condition of any vacuum degree, vacuum chamber can effectively suppress the explosion flame and overpressure; as vacuum degree changes, the effect of gas explosion suppression using vacuum chamber is slightly different. Vacuum chamber has obvious influence on propagation characteristics of the explosion flame. After explosion flame passes by vacuum chamber, the flame signal weakens, the flame thickness becomes thicker, and the flame speed slows down. With the increase of the vacuum degree of vacuum chamber, the flame speed can be prevented from rising early by vacuum chamber. The higher the vacuum degree is, the more obviously the vacuum chamber attenuates the explosion overpressure, the smaller the average overpressure is, and the better effect of the gas explosion suppression is. Vacuum chamber can effectively weaken the explosion impulse under each vacuum degree. From the beginning of −0.01 MPa, the vacuum chamber can gradually weaken explosion impulse as the vacuum degree increases, and the effect of gas explosion suppression gradually becomes better. When the vacuum degree is greater than −0.04 MPa, the increase of vacuum degree can make the explosion overpressure decrease but have little influence on the explosion impulse. Therefore, the vacuum chamber has the preferable suppression effect with equal to or greater than −0.04 MPa vacuum degree.