基于SD Toolbox和Cantera的气体ZND爆轰结构参数计算与惰性气体阻尼效应研究

为耦合使用冲击爆轰计算工具箱SD_Toolbox和化学动力学开源代码Cantera计算混合气体爆轰问题,开展了气体ZND爆轰结构参数计算与分析,同时给出了SD_Toolbox和Cantera应用于惰性气体阻尼效应研究的一个应用实例。在介绍了使用SD_Toolbox和Cantera进行气体ZND爆轰计算的基本方法后,以H_2/空气混合物CJ爆轰和H_2/空气混合物过爆轰为例,计算了其ZND的两个特征尺寸,并得到了爆轰产物压力、密度及主要产物成分百分比的计算结果,经与文献结果对比证明了本文结果的正确性。最后,将SD_Toolbox和Cantera耦合计算应用到一个实例,即进行惰性气体对爆轰反应进程阻尼效应的研究,并验证了结果的正确性。     

氢氧混合气体爆炸临界条件实验研究

可燃气体的燃烧、爆炸是工业生产中常见的灾害性事故,危害极大.通过爆轰管实验装置,采用疏密分布的压力传感器测量氢氧混合气体的爆轰特性,并依据压力和波速在燃烧转爆轰瞬间发生突跃,判断混合气体爆炸的临界条件.实验结果表明,爆炸压力随氢气初始浓度呈∩形变化,50%氢气体积分数为爆炸最佳浓度值;在常温常压下,氢氧混合物爆炸的临界氢气体积分数是15%和90%;化学计量比的氢氧混合气体发生爆炸的临界初始压力为0.01 MPa;氮-氢-氧三元混合气体爆炸的临界氮气体积分数为60%.     

矿井瓦斯煤尘爆炸传播数值模拟研究

基于连续相、燃烧、颗粒相数理方程建立瓦斯煤尘爆炸传播数理模型,并应用连续相、颗粒相计算方法,依据大型巷道瓦斯爆炸、瓦斯煤尘爆炸传播实验数据,借助普遍应用的流场模拟平台,成功开发瓦斯、煤尘爆炸数值模拟系统。该系统可有效地模拟煤矿瓦斯、煤尘的爆炸事故过程,对瓦斯爆炸的爆燃转爆轰、煤尘是否参与爆炸、爆炸冲击传播速度、衰减规律以及爆炸灾害的波及范围都能进行较准确的模拟。     

几种碳氢燃料与空气混合物相对爆轰敏感度的测定

利用矩形激波管测定了几种碳氢燃料（丁烷，石脑油，ＪＣ５，戊烯，已烯）直接起爆时形成爆轰所需的临界起爆能，并以化学当量比的乙炔氧气混合物直接起爆形成爆轰的临界起爆能为基准，定义了一个无量纲常数Ｄｈ。再利用这个常数，比较了这几种燃料的相对爆轰敏感度。     

考虑应力干扰的水平井分簇射孔破裂压力新模型及应用研究

众多研究者往往先在原地应力系统的基础上,将原三向主应力转化到斜井或水平井筒坐标系中,再转化到射孔眼对应的坐标系中,转换关系繁琐。笔者在研究上述模型的基础上,建立了一种直接从原应力场转化到射孔孔眼的应力计算模型,并在此基础上建立了水平井分簇射孔孔眼破裂压力计算模型,同时考虑应力诱导对原应力场的影响,建立了考虑诱导应力的射孔孔眼破裂压力模型。经过模拟计算发现:(1)不考虑应力干扰时,最先破裂的是位于或者位置接近井筒前端与后端的孔眼;裂缝初始破裂方向为水平状态。(2)考虑应力干扰时,第二波开启的射孔孔眼不是同一簇上的其他射孔孔眼,而是不同簇上的射孔孔眼;优先开启的仍然是前端与后端的射孔孔眼。     

无起爆药雷管内管装药密度对燃烧转爆轰的影响研究

起爆药雷管生产中产生大量有毒废水,且其运输、贮存存在安全隐患。为克服这些困难,笔者自行制备无起爆药雷管。采用圆筒式金属内管中装填超细PETN(季戊四醇四硝酸酯),作为起爆元件,代替起爆药部分,研究装药密度对内管燃烧转爆轰(DDT)的影响。研究结果表明,在内管壁厚1～2 mm,内径Φ4.0 mm,长25 mm,装压密度为0.8～1.14 g/cm3的范围内,内管能可靠实现燃烧转爆轰。     

约束空间可燃气体燃烧爆轰特性的数值研究

在可燃气体的输送、贮存、加工和使用过程中,容易发生可燃气体的燃烧和爆炸事故。文中基于有限体积方法,采用五阶WENO格式进行左右状态量的重构后,利用ROE格式进行空间离散,自行开发程序对甲烷氧气的气相爆轰波传播过程进行了数值研究。计算结果表明:在CH4质量分数为10%的混合气体中,高温高压气团可诱导气相发生爆轰,爆轰波以2133.3 m/s的速度传播。在带有障碍物的约束空间内,文中分析了障碍物不同高度、不同间距条件下爆轰波传播时波的绕射、马赫反射等现象,给出障碍物表面压力随时间变化历程和冲量值,揭示波与障碍物的相互作用机理以及由此引发流场的变化规律,为有效地控制可燃气体的燃烧速率、防治爆炸灾害的发生提供理论依据。     

复合射孔技术排放瓦斯的研究

复合射孔技术是油气行业中新兴的复合型增产技术,该技术能有效地控制射孔方向和压裂缝的扩展。对该技术应用于煤层瓦斯排放中的有关机理进行了初步的分析,并根据有关公式对相关参数进行了理论计算。针对煤层的特性,将该技术应用于现场,并对试验煤层的瓦斯排放进行了监控和测试。结果表明该技术应用效果良好,有效消除了潜在的瓦斯危害并取得了显著的经济效益。复合射孔技术在煤层致裂爆破中的发展方向较多,不仅可用于提高煤层瓦斯的抽放率,还可用于煤(岩)巷掘进,其应用范围和前景十分广阔。指出了目前该技术在理论和应用中的不足以及有待于加强研究的关键问题。     

炸药爆轰气体产物中无机组份的离子色谱分析方法研究

采用超纯水、Na2CO3-NaHCO3NaOH3种不同的吸收液吸收爆轰气体产物、离子色谱进行样品分离、外标法定量,建立了爆轰气体产物中HF、HCl、HCN无机污染物的离子色谱分析方法。研究表明,炸药爆轰气体中合有一定量的HF、HCl和少量的HCN,选择3．2mmol／LNa2C03与1．0mmol／LNaHCO3混合溶液作为爆轰产物中无机组份的吸收液,吸收效率均值太于90％;离子色谱分析方法的相对标准偏差（RSD）小于5．0％,相关系数达到0．9990以上;进样量为100μL时,HF、HCl、HCN的检测限分别为0．04mg／m^3、0．03mg／m^3、0．05mg／m^3。该方法灵敏度高,回收率好,且样品预处理简单。