密闭管道内爆炸下限甲烷-空气混合及爆炸规律

探索爆炸下限的甲烷浓度分布对密闭管道内混合气体爆炸传播规律的影响。采用实验研究和数值模拟,分析管道内爆炸下限的甲烷-空气不均匀分布对混合气体爆炸超压、火焰传播距离、火焰传播速度的影响,并分析点火位置对混合气体可燃性的影响、管道长度对火焰传播的影响。相比于均匀混合气体,非均匀混合气体爆炸超压峰值更大,火焰传播速度更快。小尺度管道的长度增大,非均匀混合气体最大瞬态火焰传播速度随之增大。     

管道分岔对甲烷爆炸传播影响的试验研究

利用80 mm×80 mm的钢管模拟三种分岔结构,通过动态数据采集仪分析甲烷爆炸发生后爆炸波、火焰在多种不同形式分岔中的传播情况,得出超压峰值、火焰传播速度与分岔形式之间的关系。研究发现:在分岔处,超压峰值大幅度升高、火焰速度大幅度降低;在分岔后,二者均呈迅猛增大的趋势。两直分岔管道引起的扰动大于两钝分岔管道。对于一钝一锐分岔管道,钝角分支内的超压和火焰速度均高于锐角分支,爆炸波对钝角分支造成的影响更严重。     

管道倾斜角对瓦斯爆炸影响的实验研究

利用自制管道建立实验系统,测试并分析管道内甲烷爆炸过程中的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率。结果表明:倾斜角存在的条件下,甲烷最大爆炸压力有所减小;最大爆炸压力上升速率在0°～2°范围内随着倾斜角增大而增大,在3°～4°范围内在前半段管增加,后半段管减小;当点火处位于管道一端时,管道倾斜能较大程度上改变甲烷爆炸环境。     

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。     

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。     

含菌超细水雾抑制甲烷爆炸的实验研究

搭建小尺寸实验平台,采用压力传感器测量超细水雾抑爆过程中管道内的压力变化状况,研究含甲烷氧化菌的超细水雾对不同体积分数的甲烷气体爆炸的抑制效果。结果表明,含甲烷氧化菌的超细水雾能够使爆炸压力明显下降;预处理时间越长,爆炸最大压力下降越多;甲烷体积分数越大,爆炸最大压力越大;菌液雾化量越大,抑制甲烷爆炸效果越好。     

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%。     

多孔陶瓷结构抑制甲烷爆炸实验研究

利用自主搭建的实验平台,对距离点火源 30、50、70 cm 和厚度为 2、4、6 cm 的多孔陶瓷抑制甲烷爆炸效果展开实验研究。结果表明,多孔陶瓷可延长层流火焰的传播时间,减缓火焰由层流向湍流的转变。爆炸火焰接触多孔陶瓷时发生淬熄,导致爆炸反应终止。多孔陶瓷与点火源之间距离的增加或多孔陶瓷厚度增加时,火焰锋面速度下降,但材料厚度对火焰锋面速度的影响效果相比于放置位置更加明显。超压上升速率随着多孔陶瓷与点火源距离的增加而降低,其与点火源距离较近即放置于 30 cm 处时,对超压的衰减效果最佳。增加多孔陶瓷的厚度时,甲烷爆炸超压峰值降低。     

LNG接收站蒸气云爆炸数值模拟分析

采用CFD软件FLACS建立LNG接收站物理模型和数值模型,模拟LNG接收站罐底部发生蒸气云爆炸的情景.模拟分为气云中心点火和气云边缘点火,得到火焰发展形态、温度分布和超压分布.一般情况下,堵塞度越大、通风条件越差、火焰传播路径越长,爆炸产生的超压越大.爆炸最大超压产生在气云内距离点火源最远的位置.确定蒸气云爆炸产生超压的最大值及其影响因素,为风险评估和接收站的平面布局提供数据依据.     

方形管道中二氧化碳抑爆性能实验研究

自行搭建研究可视化方形管道内可燃气体爆炸火焰传播规律的实验平台,充入体积分数为3%、6%、9%、12%、15%、18%的二氧化碳,研究其对9.5%甲烷空气预混气体爆炸压力和火焰传播的影响。方形管道实验段长560 mm、宽80 mm。二氧化碳体积分数为3%时爆炸压力达到最大值,为0.163 MPa;二氧化碳体积分数为18%时爆炸压力达到最小值,为0.113 MPa。利用高速摄影/纹影技术对燃烧过程进行分析。结果表明:火焰前锋阵面传播速度随二氧化碳体积分数的上升而降低。火焰传播中期,火焰前锋阵面形成"准平面火焰",火焰传播中后期,火焰前锋阵面形成"郁金香火焰"结构。二氧化碳体积分数上升至6%以后,火焰发生畸变,出现"双重郁金香火焰"及"双重半平面火焰"结构。     

天然气法向火焰传播速度仿真与实验测试

基于本生灯法,利用CHEMKIN软件结合GRI-Mech 3.0反应机理和Lawrence实验室反应机理,分别对实验测试用的8种不同组成天然气进行法向火焰传播速度仿真计算,得出GRI-Mech 3.0反应机理模拟值更能体现实际天然气法向火焰传播速度与气质组成的变化关系趋势。设计实验系统测试纯甲烷的法向火焰传播速度,结合标高法、摄影高度法和摄影角度法3种数据处理方法,对比所得实验测试值与文献参考值,得出一次空气系数为0.8~1.0时,利用摄影高度法所得实验测试值与文献参考值较接近。通过实验测试8种不同组成天然气的法向火焰传播速度,并将3种数据处理方法所得实验测试值与模拟值对比,结果显示:在一次空气系数较小情况下,火焰内锥表面模糊,较难形成清晰的三角锥结构,3种数据处理方法所得实验测试值均存在较大误差,与模拟值偏差较大;相对而言,摄影高度法更能真实反映实验测试值,与模拟值和文献参考值较接近。     

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。     

环境对密闭房间内天然气泄漏及爆炸的影响

采用数值模拟方法研究密闭空间内可燃气体爆炸,并与实验结果对比。分析气温和海拔高度对密闭房间内天然气泄漏后浓度分布及其爆炸传播的影响,并得出拟合公式。结果表明:当环境温度从250 K升到310 K,泄漏的甲烷增多,到达爆炸下限浓度的时间变短;爆炸超压峰值下降,压力达到峰值所需时间缩短。当海拔高度从4 m升到2 808 m,泄漏的甲烷增多,达到爆炸下限时间呈直线下降。     

甲烷爆炸初期火焰传播规律尺度效应研究

为了研究大型实际煤矿瓦斯爆炸火焰传播规律,在长1.5 m、内径0.1 m的小尺寸管道实验基础上,同比例放大管道尺寸至3、5、10、15、20倍,利用FLUENT软件模拟研究甲烷爆炸初期火焰传播特征,得出5个尺度下的火焰传播速度、爆炸压力和爆炸温度的变化规律,并得到拟合曲线。结果表明,管道尺寸对爆炸压力和爆炸温度影响较小;火焰传播速度、爆炸压力和温度是相互影响的。研究可为下一步大尺寸实验提供技术支撑。     

管廊天然气爆炸火焰传播特性的试验研究

进行了管廊天然气爆炸的相似模型试验,通过无人机对天然气爆炸火焰传播过程进行全历程摄像监测,将视频处理成图片,对天然气爆炸火焰长度及火焰传播速度的变化特征进行研究。结果表明,管廊内天然气爆炸火焰冲出舱外后,在初期约100 ms时间内,火焰迅速向外传播,火焰长度达1.25～1.75 m。随后火焰长度随时间变化的速率逐渐趋于平缓,而后火焰长度随时间变化的速率保持相对稳定。多次试验条件下,火焰最大长度的最大值为2.38 m,最小值为1.80 m。天然气爆炸火焰冲出管廊舱门瞬间的火焰传播速度最大,可达到15～22 m/s,此后火焰传播速度呈逐渐减小趋势,最终趋近于0。管廊内天然气爆炸火焰传播速度随时间近似成指数关系衰减。     

氢气系统中阻火器应用存在的几个问题

氢气在工业中应用较广。氢气是一种极易燃烧和爆炸的气体。为防止外界火源窜入氢气管网和设备之内 ,防止氢气管道因回火而引起爆炸 ,应采用氢气阻火器 ,因为氢气有其特殊性。一、氢气火焰传播的速度高管道内氢气火焰传播速度与点火距离 ,管道直径有直接关系。由表 1可以看出在开口端点火时 ,氢气与其它种气体火焰速度的比较。表 1　氢气与其它种气体火焰速度的比较点火距离(m)丙烷·空气(m/s)乙烯·空气(m/s)氢气·空气(m/s)1.5 70 70 D3 10 0 15 2 D10 10 0 D D　　注 :D表示爆轰火焰传播速度 ,可达 2 133m/s。由表 1试验结果表明 ,氢气…     

不同尺度管道内煤尘爆炸火焰传播数值模拟

为研究不同尺度管道空间煤尘爆炸火焰传播特性,构建煤尘爆炸火焰传播特性数学模型,在小尺度管道系统测试结果的基础上,采用数值模拟对爆炸火焰传播特性展开研究。结果表明:在小尺度管道内,不同点火温度下火焰传播距离模拟最大误差0.12 m,最小误差为0.06 m,验证了小尺度管道内煤尘爆炸火焰传播模拟的可行性。在大尺度并联管道内模拟分析不同时刻z=1.5截面上火焰传播特性,发现0.3～1.3 s内,爆炸由相对温和的爆燃转变为相对猛烈的爆轰,同时流场最大温度不断递增。     

粒径对中密度纤维板粉尘爆炸特性影响实验研究

为探究粒径对中密度纤维板粉尘爆炸及相关特性的影响,采用20 L爆炸球、粉尘云最低着火温度装置、锥形量热仪和哈特曼管装置,对不同粒径粉尘的爆炸下限、最大爆炸压力、最低着火温度、热释放速率和火焰传播规律进行研究。结果表明,随着粉尘粒径减小,爆炸下限和粉尘云最低着火温度降低,最大爆炸压力逐渐增大;粉尘燃烧过程分为升温、着火、过渡、加剧和熄灭5个阶段,并出现2个峰值,热释放速率变化时间和吸热时间随着粒径减小而增加,热释放速率峰值增大;火焰在管道内的传播随着粒径减小先增强后减弱,管道外“火球”形状更大,火焰消散后火星数量变少,火焰尾端更加细长。     

厂房顶盖与侧墙耦合对天然气泄爆的影响

借助计算流体动力学技术,基于典型工业厂房尺寸,研究了天然气爆炸作用下厂房顶部与两侧墙体的耦合泄爆过程,重点考查了耦合泄爆产生的室内爆炸超压载荷分布特征。研究表明,顶部与两侧墙体耦合下,厂房内爆炸超压载荷普遍存在2 个较显著的超压峰值及多个振荡峰值,其中第一峰值超压主要取决于所有泄爆面开启压力中的最小值,受顶部与两侧耦合泄爆的影响较小;第二峰值超压受顶部与两侧耦合泄爆的影响较为显著,在仅有顶部泄爆时其值较小,在仅有两侧泄爆时其值较大,在顶部与两侧耦合泄爆时,在点火源对侧壁面处取得最大值。顶部泄爆能更有效地降低厂房内第二个超压峰值,但顶部泄爆面积对厂房内峰值超压及其到达时间的影响不明显。研究结论可为工业厂房泄爆安全设计及天然气爆炸事故的调查分析提供科学依据。     

角联空间煤尘爆炸传播特性数值模拟

为研究角联管网内煤尘爆炸的传播特性,基于CFD理论模拟角联空间内煤尘火焰、冲击气流与压力传播特性。结果表明：煤尘入射后1 s 时爆炸反应趋于充分,该时刻角联分支与上行空间中高温火焰相遇,形成局部高度湍流,整个空间火焰最高温度升至3 100 K。爆炸反应充分时,角联管道上行空间火焰温度先减小后增大。爆炸反应充分时,呼吸带z=1.5 m 截面上冲击气流分别在管道起始端附近L 型拐弯处、上行管道与角联分支汇合处、管道末端T 型分岔口处出现三次加速,其中上行管道内L 型分岔口处冲击气流传播速度局部极大值高达77 m/s。爆炸反应充分时,沿爆炸传播方向压力总体减小,但上行管道与角联分支汇合处压力明显增大。角联分支与上行管道汇合处的压力值比下行管道汇合处压力值大0.034 MPa,证明压力波是由下行管道流经角联分支后传向上行管道的。