激波卷扬三通管内铝粉致二次爆炸及抑爆研究

设计粉尘爆炸综合测试平台,研究激波卷扬铝粉致二次爆炸的现象及其抑爆规律。结果显示,中位粒径为35μm的铝粉在质量浓度为500 g/m3时的最大爆炸压力等爆炸特性参数值高于其他浓度。基于工业管道集尘系统特点设计实验室水平三通管抑爆系统进行试验,结果表明:封闭三通管的分岔结构增强了主管道分岔口的爆炸压力和火焰传播速度,同时削弱了垂直分管道的爆炸压力和火焰传播速度;铝粉最大爆炸压力和火焰传播速度随加入抑爆剂浓度的增加而减小,磷酸二氢铵抑爆剂质量分数为10%时可以完全抑制铝粉爆炸。     

20 L球形罐中镁铝混合粉末爆炸特性研究

利用20 L 球形爆炸装置对镁铝粉末进行了一系列的实验测试,分别研究了粉尘浓度、点火延迟、点火能量以及组分比例对镁铝混合粉末爆炸特性影响。结果表明：约为7 μm 的1 ∶ 1镁铝混合粉在不同浓度时的最大爆炸压力和爆炸指数呈先增加后减小的变化规律,相较于铝粉,镁铝混合粉爆炸参数和爆炸危险等级更高,爆炸参数的极大值对应的粉尘浓度低于铝粉;点火延时对镁铝混合粉的爆炸参数影响较大,其比铝粉（60 ms）存在一个更低的点火延迟时间（40 ms）使爆炸参数达到极大值;在其他条件控制不变的条件下,点火能量降低、铝粉含量增加,镁铝混合粉爆炸风险和威力将呈线性降低。     

基于管道爆炸数值模拟的架空天然气管道并行间距研究

从天然气管道失效泄漏引发爆炸现象出发,通过理论分析建立架空管道泄露模型,应用Matlab计算出管道泄露总量中参与爆炸的体积,通过TNT当量法将体积值转化为管道爆炸模型的初始当量。利用Autodyn软件建立管道爆炸物理模型,计算不同并行间距下管道受并行管线爆炸冲击超压及变形量。依据管道椭圆应变准则评定不同并行间距下管道受冲击变形风险。结果表明:架空管线受并行天然气管线爆炸冲击产生的变形破坏为超压破坏和冲量破坏两种形式。架空管道大变形位置为正对爆炸源最近点和背对爆炸源最远点。架空天然气管道安全并行间距:一级和二级风险距离分别为0²和22和2⁵ m,三级风险距离为5 m以上。将数值模拟结果与理论计算结果对比,验证了该数值计算方法的可行性。     

浓度对铝粉爆炸特性的影响研究

利用水平管道和垂直哈特曼管对粒径为6~7μm的铝粉在质量浓度100~800g/m3范围内的爆炸特性进行研究。研究结果表明:铝粉粒径一定时,随着铝粉浓度的增加,其最大爆炸压力、最大压力上升速率先增大后减小,即存在最佳爆炸浓度。水平管道内测得最佳爆炸质量浓度约为600g/m3,垂直哈特曼管中测得最佳爆炸质量浓度约为500g/m3。试验装置的尺寸与形状对铝粉爆炸特性有影响。     

地铁车站内爆炸激波传播的数值分析

为研究地铁车站内发生化学爆炸时爆炸激波传播规律,针对典型地铁车站内结构尺寸,利用动力学软件ANASYS/Ls-Dyna14.0进行结构建模,模拟了固定装药量下TNT爆炸时车站内部爆炸激波传播过程,得到了典型地铁车站内爆炸激波超压衰减规律:冲击波初期传播态势紊乱,在传播距离20m以后,呈现平面波特点;爆炸激波在距离爆心5m以内衰减迅速,距离爆心20m以外激波超压峰值衰减缓慢。     

管道内预混气体爆炸的波形演化特征及超压预测模型

综合采用数值模拟、理论建模和实验验证方法,开展了平直管道内气体爆炸超压的预测方法研究。研究分析发现：爆炸波可以分为三种类型,即爆轰波、高速爆燃波和缓燃波,而且爆炸波形能够反映火焰燃烧和爆炸超压之间的关系,典型的爆炸波包含前驱冲击波、火焰压缩波和稀疏波三个部分。前驱冲击波的超压随着爆炸的传播不断增大,其与距离的关系可以用线性函数表征,火焰压缩波形成的第二次峰值超压与传播距离的关系也可以用线性函数表征,但其波形可以用指数函数表征。最后,实验验证了本文提出的爆炸波形函数的正确性,其可以很好地预测爆炸超压演化,而且与数值模拟结论基本相同。研究成果可以为管道或巷道内可燃气体爆炸超压预测及破坏评估提供理论依据。     

多孔结构对地下综合管廊燃气爆炸的抑制效应

地下综合管廊应用广泛,燃气泄漏致爆的冲击荷载会对管廊结构内外造成严重破坏。为降低地下综合管廊燃气舱内的爆炸危害,利用Fluent软件对内置多孔结构燃气舱内甲烷/空气预混气体的爆炸过程进行模拟,从管廊内燃气舱结构抗爆角度研究孔隙率分别为40%、50%、60%时的爆炸传播规律、温度抑制效应及爆炸超压衰减效应。基于熄爆参数指标,从爆炸超压和火焰温度两方面综合评估多孔结构对爆炸的抑制效果。结果表明：当多孔结构的孔隙率大于58.4%时,其对爆炸传播的抑制机制占主导作用,能有效抑制爆炸的传播;抑制效果与孔隙率参数存在线性关系,内置孔隙率越大的多孔结构工况对爆炸扰动越显著,最大温度可抑制8%,最大超压可衰减38%,最大速度可降低33%。     

垂直哈特曼管与水平管道中铝粉爆炸特性

为研究铝粉粉尘在封闭空间中的爆炸特性,在其他实验条件相同的情况下研究两种不同的装置下点火延迟时间对铝粉爆炸参数的影响。结果表明:在哈特曼装置中的铝粉最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率都小于水平管道,且在最大爆炸压力上升速率上的差距更大。存在一个最佳点火时间使铝粉最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率同时达到最大值;哈特曼管中铝粉的最佳点火延迟时间小于水平管道。     

铝粉爆炸特性与涉铝粉场所防爆对策探讨

探讨了铝粉爆炸事故特征及演化机理,分析了铝粉(d0.5=23μm)爆炸特性参数和危险指数等级,其爆炸敏感度和严重度远大于石松子粉(30±5)μm。从涉铝粉场所设备防爆、建筑物防爆与泄压、惰化防爆及工作场所除尘系统要求等方面提出了预防和控制铝粉爆炸事故措施,有助于降低该类场所的粉尘爆炸事故风险。     

铝粉生产过程中的火灾危害及防范对策

通过多年来超细铝粉实际生产的经验,利用典型的成功扑救铝粉火灾爆炸事故的案例,探讨铝粉生产过程中粉尘爆炸的危险性、引发火灾的成因、灾害后果及防范措施等。     

内部爆炸下气相连通管线对相邻储罐的影响研究

为研究固定顶储罐内部火灾爆炸的极限工况下,气相连通管线随罐顶位移导致相邻储罐顶发生破裂的风险,对典型储罐内部爆炸过程进行模拟研究,获得爆炸超压随时间变化曲线。针对储罐罐顶气相连通管线直连和π型连接形式,建立有限元模型,分别对爆炸事故工况下储罐顶整体破裂和120?破裂泄压的场景进行模拟研究,计算储罐及连通管线的位移参数及破坏后果。结果表明,储罐顶部整体破裂和120?破裂泄压时,两种连接形式的气相连通管线都不会损坏,但π型连接比储罐直连形式对相邻储罐罐顶的应力作用更小。     

建筑抗爆研究中超压的分布特征及确定方法

爆炸超压是描述爆炸荷载的重要指标,不同方法的超压计算结果具有较高的离散性。通过分析试验数据图表拟合确定入射超压与反射超压关系的反射系数计算式,搜集转化得到大量爆炸超压理论计算公式与爆炸试验数据,从而对爆炸超压在不同比例距离下的分布特征进行分析。研究结果表明:当比例距离小于0.5m/kg1/3时,爆炸超压概率密度服从指数分布;当比例距离大于0.5m/kg1/3时,爆炸超压概率密度服从正态分布。当比例距离小于0.5m/kg1/3时,爆炸超压变异系数达最大值1,比例距离在1.5～6.0m/kg1/3之间时,变异系数较小,在0.13～0.2m/kg1/3之间;反射超压变异系数较入射超压略大。依据不同比例距离下爆炸超压分布期望数据,拟合得到爆炸超压的计算公式与具有95%保证率条件下的爆炸超压分布范围计算公式。     

大型储煤筒仓进料过程煤尘浓度分布及煤尘爆炸数值模拟

采用Fluent模拟进料过程中仓内煤尘浓度场分布,在此基础上基于OpenFOAM平台开展煤尘爆炸过程数值模拟,以指导大型储煤筒仓安全设施的布置。结果表明：仓内竖向空间越小,煤尘竖向浓度梯度越明显,空间内平均浓度越高,空仓、半仓条件下筒仓竖向几何中心线上煤尘质量分数分别达到30%、40%以上 ; 仓内竖向空间越小,筒仓内最大爆炸温度越高, 但最大爆炸超压越小 , 空仓 、半仓条件下最大爆炸温度分别可达2 000、3 000 K,最大爆炸超压分别为1、0.82 MPa;建议在筒仓顶部及侧壁靠上部位设置煤尘浓度监测及预警装置,并在筒仓顶部设置有效的泄爆装置,以有效防范筒仓爆炸风险、降低筒仓爆炸损失。     

局部阻塞空间LPG槽罐车泄漏爆炸模拟分析研究

摘 要：以某工业园区LPG槽罐车装卸运输站为例建立物理模型,利用CFD方法对LPG槽罐车不同泄漏速率时在开敞空间和局部阻塞空间的泄漏爆炸场景进行模拟计算。研究结果表明：近距离树木抵挡了LPG泄漏初始动能,使泄漏的LPG停留在20 m范围内;超过20 m范围,泄漏受主导风向的影响,在树木的影响下LPG呈放射状扩散,泄漏面积大,但LPG体积分数较低;在爆炸场景中,爆炸超压受空间阻塞率和LPG体积分数等多方面因素的影响,对于25 mm泄漏孔径,有无树木场景爆炸超压基本相同,原因为LPG未泄漏至树木区域;对于200 mm泄漏孔径,近距离处爆炸超压受LPG体积分数影响,中间阶段受空间阻塞率的影响,最大爆炸超压为5 739 Pa,距离点火点80 m处。     

地铁围护结构及支护体系进度计划的蒙特卡罗仿真

为适应地铁施工进度计划不确定性大,易变性强的特点,使用蒙特卡罗仿真分析,对地铁围护结构及支护体系施工进行工期风险优化,以合理控制工期风险。使用Crystal Ball软件,以工序间的关系为基础建立模型,进行蒙特卡罗仿真分析,得出404d内完工概率大于85%;进行灵敏度分析,发现征地拆迁和管线改迁是影响工期的关键活动,可通过增加工期缓冲来保证总体目标的实现。对项目完工概率的容错性进行评估和修正,保证了如期完工。     

Bayesian Modeling of External Corrosion in Underground Pipelines Based on the Integration of Markov Chain Monte Carlo Techniques and Clustered Inspection Data

In this study, a model is developed to assess external corrosion in buried pipelines based on the unification of Bayesian inferential structure derived from Markov chain Monte Carlo techniques using clustered inspection data. This proposed stochastic model combines clustering algorithms that can ascertain the similarity of corrosion defects and Monte Carlo simulation that can give an accurate probability density function estimation of the corrosion rate. The metal loss rate is chosen as the indicator of corrosion damage propagation, obeying a generalized extreme value (GEV) distribution. Bayesian theory was employed to update the probability distribution of metal loss rate as well as the GEV parameters in order to account for the model uncertainty. The proposed model was validated with direct and indirect inspection data extracted from a 110‐km buried pipeline system.     

超细水雾抑制甲烷-煤尘复合爆炸的实验研究

为掌握瓦斯-煤尘复合爆炸机理,通过可视化爆炸装置进行了密闭空间的超细水雾抑制甲烷-煤尘复合爆炸实验,探究了不同浓度的超细水雾对爆炸超压、压力上升速率、火焰传播速度的影响;研究了超细水雾作用下的火焰传播特征和爆炸不同阶段的抑爆机理。测定了不同煤尘粒径、浓度下的临界抑爆浓度。结果表明：超细水雾使爆炸超压延迟上升;爆炸火焰经历了点火焰、局部强发展火焰、连续不光滑火焰以及稳定分层火焰4 个发展阶段,抑制局部强发展火焰的出现是抑制爆炸的关键;随着超细水雾浓度的增加,压力的二次加速上升现象逐渐消失,放热速率与火焰锋面的燃烧速率的相关性增强;水雾的临界抑爆浓度随煤尘浓度的增加先增后降,随煤尘粒径的增加而降低。     

二氧化硅气凝胶粉体表征与爆炸特性研究

利用SEM、XPS、XRD及FTIR表征二氧化硅气凝胶粉体,采用20 L球爆炸测试装置及1.2 L哈特曼管试验装置对其爆炸特性进行试验。结果表明：粉体为纳米级孔状三维结构,主要组成元素为Si和O,呈非晶形态,表面附有-CH3及-OH基团;爆炸下限为40～50 g/m3,最大爆炸压力为0.70 MPa,最大爆炸指数值为7.84 MPa·m/s,最小点火能为520 mJ,爆炸危险等级为St1。     

燃气爆炸波在典型住宅内的传播与防爆厨房设计

基于数值分析方法,利用LS-DYNA软件建立了典型住宅的有限元模型。研究不同体积比θ的燃气爆炸波在住宅空间内的传播规律与超压荷载,分析砌体结构与钢筋混凝土结构厨房在燃气爆炸荷载下的动力响应与破坏形态,提出考虑防爆要求的防爆厨房并验证其防爆效果。结果表明：燃气爆炸波由厨房传播至客厅时超压峰值并未有明显减小。由于两侧墙体的反射作用,爆炸波传播至走道尽端时超压峰值会明显增加。钢筋混凝土结构厨房的防爆效果明显优于砌体结构,对有抗爆要求的厨房应优先采用钢筋混凝土结构形式。在钢筋混凝土结构厨房基础上设计出的防爆厨房可降低燃气爆炸波对厨房结构构件的破坏,阻止爆炸波进入住宅内部空间。