开敞空间可燃气云爆炸冲击波超压及灾害动力响应研究评述

为了进一步梳理和分析开敞空间可燃云爆炸冲击波超压传播规律及灾害动力响应方面的各项研究成果,推进可燃气体爆炸安全防控,减少人员伤亡和经济损失。在分析现有研究的基础上,总结开敞空间可燃气云爆炸冲击波超压传播规律及灾害动力响应研究等方面存在的不足,提出开敞空间多元混合气体爆炸冲击波超压传播规律研究、多影响参数下可燃气云爆炸冲击波超压传播规律定量分析、基于可燃气云爆炸冲击波超压作用下的承载体动力响应等未来研究的关键技术问题。     

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。     

输气管道高后果区蒸气云爆炸超压预测方法探究

为准确预测输气管道高后果区在发生蒸气云爆炸事故时的超压分布情况,对国内外运用较为广泛的蒸气云爆炸超压预测经验模型和数值模拟方法进行调研,并分别应用其对某输气管道全尺寸泄漏燃爆实验进行超压预测,结合实验数据和输气管道高后果区管理现状进行方法准确性和工程适用性分析。研究结果表明：基于等效TNT假设的Henrych模型、Mills模型和等效TNT当量数值模拟方法均不适合准确预测蒸气云爆炸超压,TNO多能法和混合气体数值模拟方法所预测的结果较为接近实验结果。TNO多能法使用简便且推广性强,但主观性较大,易高估或低估爆炸后果;混合气体数值模拟方法操作繁琐且推广性差,但分析结果精度较高。在对高后果区进行安全管控时,可结合TNO多能法与混合气体数值模拟方法同时对管道工况进行评估,确定TNO多能法的爆源强度等级,继而推广使用TNO多能法。该研究结果可在较大程度上保证评估的准确性并节约成本。     

基于神经网络模型的燃料空气混合物爆炸威力预测研究

燃料空气混合物爆炸威力准确预测研究是学术界的一个难题。针对燃料空气混合物爆炸威力有效预测问题,采用神经网络方法,设计多层神经网络模型,进行实际预测应用。应用结果表明,采用的预测方法简便、可行,可以为燃料空气混合物爆炸威力预测提供一种新途径。相比3层BP模型,设计的预测模型可以减少训练次数,缩短训练时间,提高预测正确率,应用优势较明显。     

圆柱形无约束气云爆炸高温效应研究

为了分析无约束可燃气云爆炸产生的高温伤害效应,建立了相应的数学模型,利用有限体积的离散方法,对无约束空间内甲烷浓度10％、高径比为1的圆柱形可燃气云爆炸的瞬态温度场进行了数值研究。研究结果表明,圆柱形可燃气云爆炸的温度场呈不对称性分布,靠近地面处足最危险区域,高温可能达到的最大怪直高度和最大水平距离分别约为圆柱体高的2倍和半径的3．2倍。对数值模拟结果的数据进行多项式拟合,得到了圆柱形可燃气云爆炸场最高温度随水平距离、初温及参与爆炸气云质量的函数关系式,给可燃气云爆炸灾害的预测及防护提供了科学依据。     

蒸气云爆炸后果预测模型的比较研究

介绍了3种蒸气云爆炸后果预测模型,分别是TNT当量模型、多能法、Baker-Strehlow模型。阐述了这些模型的基本原理,将3种模型进行了对比研究,并将3种模型的无量纲距离和超压关系绘制在了同一图中。对某一蒸气云的爆炸后果进行了预测,并对结果进行了分析,指出了不同模型的优缺点。     

球罐内甲烷气体泄漏形成的可燃气云规律研究

基于计算流动动力学(CFD)方法,以Fluent软件为平台,以大连新港某球罐区为研究对象,建立真实尺寸的球罐内可燃气体泄漏扩散数值模拟模型,分析甲烷扩散规律及可燃气云尺度.提出采用可燃气云稳定状态时的水平方向长度Lmax、竖直方向高度Dmax作为尺度的衡量参数,用以评估可燃气云区域的大小.探讨初始压力、泄漏孔径、正风向风速对尺度参数Lmax和Dmax的影响规律,并对比可燃气体种类对尺度参数的影响.结果表明:甲烷以临界状态通过泄漏孔时,初始压力对Lmax和Dmax的影响可以忽略;Lmax和Dmax随泄漏孔径增加而线性增大,但随正风向风速增加而线性减小;相同泄漏扩散条件下,氢气泄漏引起的可燃气云范围最大,甲烷次之,丙烷最小.     

障碍物排列方式对海洋平台蒸气云爆炸的影响

为了了解障碍物排列方式对海洋平台蒸气云爆炸的影响,基于CFD方法建立蒸气云爆炸计算模型,选用国外MERGE项目的系列爆炸实验进行模型验证,提出用于衡量障碍物排列不均匀度的量化参数,针对海洋平台典型结构形式,分析障碍物排列方式对爆炸强度的影响。研究结果表明:蒸气云爆炸后果对于结构排列方式比较敏感,结构障碍物间隔均匀排列的形式造成的爆炸冲击作用最大;在爆炸发展初期阶段,障碍物阻塞程度对超压产生和发展影响更加显著。最后,基于研究结果,给出在海洋平台油气泄漏危险区将管线沿甲板非均匀排列布置等防控建议,为海洋平台蒸气云爆炸安全防控提供理论指导。     

基于FLACS的LNG船舶泄漏爆炸过程数值模拟研究

为研究大尺寸、全场景下LNG船舶卸货作业过程中的泄漏爆炸风险,构建某LNG接收站及其周边20.5 km2的区域场景模型,采用FLACS软件数值模拟LNG泄漏扩散、气云爆炸的演化过程.结果表明:LNG从卸料臂处以满输速率持续泄漏5 min,最大液池面积17 047 m2,最大汽化速率350 kg/m3,遇点火源发生气云爆...     

蒸气云爆炸荷载计算方法比选研究

通过比较计算爆炸荷载的4种常用方法：三硝基甲苯(Trinitrotoluene, TNT)当量法、贝克-斯特洛-唐(Baker-Strehlow-Tang, BST)法、荷兰应用科学研究组织(Netherlands Organization for Applied Scientific Research, TNO)多能法和计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法,得出对于石油化工行业易发的蒸气云爆炸,推荐采用TNO多能法或CFD方法的结论。通过构建蒸气云爆炸场景,定量评估TNO多能法或CFD方法在单爆炸场景计算中的准确度和适用性。研究结果显示,在爆炸冲击波近场,CFD方法在计算中考虑了障碍物对爆炸冲击波的遮挡效应,其近场的计算结果更为可信,但是在爆炸冲击波远场通常会高估爆炸冲击波衰减速度。TNO多能法在爆炸冲击波远场的计算中更有优势,但在爆炸冲击波近场的计算结果受使用者主观影响较大。研究成果可为学者科学地选择计算方法,并准确评估爆炸荷载提供参考和依据。     

初始温度对可燃气体爆炸下限影响的研究

研究初始温度对可燃气体爆炸下限的影响规律,运用阿累尼乌斯定律,可得出温度与化学反应速度之间的关系式,从而得出简化的温度和爆炸极限影响的模型。利用该模型对5种烷烃在不同温度下的爆炸下限实验值进行拟合相关度比较,所得爆炸下限模型平均拟合相关系数达到0.995 5。结果表明,该简化模型具有较强的可靠性。     

密闭空间内可燃液体蒸气爆炸强度研究

采用20 L球燃爆实验装置,研究分析了油气浓度、点燃延迟时间的变化对油气环境的爆炸影响因素及变化规律。研究表明,随着油气浓度的增加,油气最大爆炸压力呈现先上升后下降的趋势,点燃延时影响油气-空气混合物爆炸强度,超过一定时间后爆炸猛烈程度降低。     

可燃气体爆速测试仪的研制

爆炸速度是反映可燃气体爆炸性质的一个重要参数，掌握各种可燃气体的爆炸速度，对预防和控制在工业生产中可燃气体爆炸灾害，制定可燃性气体爆炸事故应急计划具有重要意义。所述的爆速测试仪就是通过光纤传感将可燃气体在一定距离内的爆炸时间由显示屏直观地显示出来，进而得到可燃气体的爆炸速度。研制该测试仪的初衷是为了能够完善DBZ-1爆炸范围测试系统功能，使该系统不仅可以按原设计测试方法，使用声级计测量爆炸声音的大小，再通过声级来反映气体浓度的变化，而且还可以通过测试可燃气体的爆炸速度来反映气体浓度的变化。     

基于多事故模式的有毒易燃气体道路运输泄漏事故应急疏散范围研究

为确定有毒易燃气体道路运输泄漏事故应急救援的应急疏散范围,降低人员伤亡程度,在对泄漏事故及后续次生灾害演化模式分析的基础上,提出了基于多事故模式的应急疏散范围综合确定方法,分析了多事故模式后果预测的相关理论,明确了应急疏散区域综合确定的步骤和流程。以道路运输氨气泄漏事故为例,采用MATLAB软件对不同时间下的中毒和蒸气云爆炸事故伤害范围分别进行了数值模拟研究。结果表明：相较于单一事故模式,基于多事故模式的应急疏散范围综合确定方法更为科学、合理和准确,能为有毒易燃气体道路运输泄漏事故的应急疏散提供更加精确和可靠的决策依据。     

城镇燃气管道泄漏爆炸的定量风险分析

介绍了城镇燃气管道泄漏爆炸冲击波超压的定量风险分析方法.简要介绍了城镇燃气管道,对城镇燃气管道泄漏的失效概率、泄漏源模型、爆炸冲击波超压模型、超压概率模型、个人风险和社会风险分别作了论述.     

加油站埋地汽油储罐爆炸定量分析

针对加油站的埋地汽油储罐爆炸进行了定量分析。简要叙述了加油站埋地储罐的埋地方式以及埋地深度等基本情况,运用岩土中的爆炸理论描述分析了埋地储罐爆炸的过程。在计算爆炸冲击波超压时,提出一个计算埋地汽油储罐爆炸冲击波超压的准则:对于埋地汽油储罐爆炸,应当结合汽油储罐的埋地深度以及储罐周围覆土的性质等因素来确定冲击波超压的计算方法。     

易燃易爆气体泄漏的危险性分析

从现代社会中广泛使用和运输的易燃易爆气体着手,介绍了气体泄漏后的几种重要参数的模型,同时总结了这些气体的毒害机理、易发生火灾和爆炸的特点,同时指出了火灾和爆炸的模型,使人们可以深刻地认识其毒害性.     

瓦斯煤尘爆炸特性及抑爆方法研究进展

为探究瓦斯煤尘爆炸特性及抑爆机理,本文通过一系列实验,研究瓦斯、煤尘爆炸的速度和温度等特征,提出利用图像相关系数法和辐射测温原理计算火焰传播速度及温度场变化,定量分析影响煤尘爆炸的因素以及产物变化规律,揭示煤尘爆炸的宏微观机制。结果表明:火焰分形维数可以用来反应瓦斯爆炸强度,即当分形维数更接近2.2937时爆炸反应最为强烈,其爆炸过程中自由基最终生成浓度与CH 4初始浓度呈倒U型关系;当量比对煤粉火焰爆炸压力及速度也有一定影响,在最佳当量比的2倍左右时可以达到最大爆炸压力和最大火焰传播速度。另外本文亦采用泡沫陶瓷对瓦斯的多次爆炸和连续爆炸进行抑爆,发现不同厚度和孔隙的泡沫陶瓷具有不同的抑制效果,孔隙较大的泡沫陶瓷对爆炸能量有较好的抑制作用。     

巷道中瓦斯爆炸诱导激波传播特性研究

利用AutoReaGas软件,数值模拟巷道中瓦斯浓度和火源对瓦斯爆炸传播的影响,其计算结果表明:爆炸静态超压随着传播距离的增加而减小,而爆炸动压随着传播距离的增加而增大;点火位置距离巷道封闭端越近,各测点得到的爆炸静态超压值越大;瓦斯浓度对爆炸峰值超压影响显著,当浓度为9.5%的氧化反应当量比浓度时,得到的最大峰值超压为70.95kPa,爆炸威力最大。     

煤矿巷道瓦斯爆炸传播规律及破坏效应分析

井下瓦斯爆炸的影响因素众多,随机性强,分析和研究瓦斯爆炸的传播规律只有通过巷道模拟实验的方法。通过对爆炸过程中爆炸压力、温度、速度等相关参数随时间、空间的变化规律的分析,进一步研究瓦斯爆炸的机理和破坏效应,在煤矿生产过程中采取合适的阻隔防爆技术措施,减少瓦斯爆炸带来的损失。