方形管道内氩气对丙烷爆炸特性的影响

利用自行搭建的用于研究可燃气体爆炸特性试验平台,研究不同氩气添加量对4.5%丙烷-空气预混气爆炸压力、火焰传播速度及火焰前锋阵面结构的影响。结果表明:当预混气中氩气体积分数升高时,最大爆炸压力及火焰传播速度逐渐减小。当氩气体积分数达到37%时,预混气体不再发生爆炸,氩气起到完全抑爆的作用。当氩气体积分数24%时,火焰在传播过程中形成"郁金香"形火焰结构,并且此结构出现时间随氩气体积分数增大而滞后;当氩气体积分数≥24%时,在火焰传播过程中未形成"郁金香"形火焰。     

甲烷爆炸火焰传播机理实验及数值模拟

采用实验和数值模拟对比的方法研究小尺寸管道甲烷爆炸的速度和压力特征。在距离点火端500、1 000mm处设置压力监测装置。结果表明,小尺寸管道的实验及模拟数据相吻合,压力最大值为7 000Pa,速率最大值为148m/s。压力曲线出现泄爆压力和剩余的混合气体的燃烧产生的压力两个峰值。大尺寸管道火焰结构会出现与小尺寸类似的"郁金香"火焰。     

不同氧浓度条件下制冷剂R290燃爆特性

采用20L球实验装置研究制冷剂R290的燃爆特性,分析不同氧浓度下的最大爆炸压力和爆炸压力上升速率。环境温度22~26℃,相对湿度54%~58%,起爆前爆炸容器初始压力为0.1 MPa,点火方式采用高压脉冲点火。实验结果表明:空气氧浓度氛围中,R290体积分数为5.0%时pmax达最大值0.934MPa,此时的(dp/dt)_(max)亦为最大值,达64.81MPa/s。不同氧浓度氛围下3.5%R290随着体系中氧气体积分数的降低,爆炸威力减弱,爆炸弛豫时间滞后,压力-时间曲线逐渐平缓,降低至一定值后体系不再发生爆炸。R290体积分数为3.5%、氧体积分数为11.8%、12.0%时并未发生爆炸。随着体系中氧气含量的增加,pmax一直呈平缓上升趋势,(dp/dt)max呈现出先平缓后急剧上升趋势。     

综合管廊燃气舱管道压力对泄漏的影响

针对长×宽×高为200 m×1. 8 m×2. 2 m的燃气舱(舱内布置DN 150 mm燃气管,泄漏孔直径为10 mm,方向竖直向上),在换气次数为6 h~(-1)条件下,对不同管道压力条件(管道压力1:4. 0 MPa,管道压力2:1. 6 MPa,管道压力3:0. 4 MPa,管道压力4:0. 01 MPa)下天然气的泄漏进行数值模拟。天然气的泄漏与管道压力关系密切,管道压力越高,相同泄漏时间内影响范围越大。泄漏发生后,4种管道压力条件下,泄漏孔正上方燃气舱顶部天然气体积分数迅速升高,且在1s内就达到1%。管道压力1条件下,该位置天然气体积分数3 s达到5%。管道压力2条件下,该位置天然气体积分数5 s达到5%。管道压力3条件下,该位置天然气体积分数15 s达到5%。管道压力4条件下,该位置天然气体积分数不会达到5%,基本维持在3%左右。     

基于CFD埋地燃气管道泄漏三维数值模拟

以城镇中压燃气管道与周围土壤、地表为研究对象,基于计算流体力学理论,采用数值模拟方法,建立了燃气管道泄漏三维扩散模型,分析城镇燃气管道在不同地表(水泥地表、土壤地表)和不同泄漏压力(0.4 MPa、0.3 MPa、0.2 MPa)下的泄漏扩散特征。研究结果表明：小孔泄漏扩散一段时间后,土壤地表和水泥地表条件下,地表监测点体积分数增长速度呈逐渐减小趋势且趋于平衡,土壤地表扩散2.0 h的甲烷体积分数远小于水泥地表条件。z=2.0 m平面与y=2.0 m平面交线及z=2.0 m平面与x=2.0 m平面交线在2.0 h的甲烷体积分数分布基本相同,均随压力增大而增大。水泥地表条件下甲烷体积分数整体高于土壤地表。交线中点位置的甲烷体积分数最高且土壤地表与水泥地表差异较小。随着管道上方z轴坐标增加,土壤地表的最大爆炸半径逐渐减小,水泥地表的最大爆炸半径逐渐增大,水泥地表随泄漏压力的变化幅度较土壤地表小。压力对燃气管道泄漏扩散形态影响较小;甲烷泄漏初期受地表条件影响小,在泄漏发展期和中期,水泥地表条件下土壤内甲烷扩散速度和范围更大。     

汽油蒸气爆炸火焰光学特征的实验研究

采用爆炸极限测定仪模拟汽油表面蒸发气体在11%体积分数下的爆炸过程,同时使用高速摄影仪采集汽油蒸气爆炸火焰的光学图片。通过分析采集的汽油爆炸过程的图像照片,研究可见光火焰在爆炸管中的传播情况。利用MATLAB分析火焰图像,进一步分析其爆炸过程中火焰的光学特征和传播规律。     

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。     

可燃气体和混合气极限氧浓度实验研究

介绍可燃气体极限氧浓度测定的标准及要求,给出可燃气体极限氧浓度的测定原理、测定装置和测定方法。测定方法主要分为管式法和球式法两种,分别采用火焰传播距离(≥100mm)和爆炸起始压力增量指标(5%或7%)判定爆炸现象。4次重复测定爆炸性混合气体的LAC,计算确定待测可燃气体的LOC。采用20L球爆炸实验装置分别测定纯物质丙烷(C3H8)和混合气液化石油气(LPG)的爆炸极限和极限氧浓度,结果表明:混合气的最大爆炸压力随着氧浓度的降低而降低,二者爆炸极限分别为2.0%~9.5%、3.0%~8.0%,用二氧化碳惰化的极限氧浓度分别为13.8%、15.46%。     

R717和R290爆炸参数实验研究

使用20L球爆炸实验装置,对R717和R290在不同浓度时的爆炸参数开展实验研究,得出爆炸压力曲线、最大爆炸压力,并对比分析初始压力提高后爆炸特性的变化。R717在空气中体积分数为19.0%~22.8%时的爆炸压力较大,最大爆炸压力约为0.65 MPa。R290在空气中体积分数为4.0%~6.0%时的爆炸压力较大,最大爆炸压力约为0.88 MPa。初始压力提高后,R290的最大爆炸压力约提高了相同倍数。     

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。     

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。     

丙酮蒸气爆炸特性及抑爆试验研究

试验得到丙酮蒸气的爆炸极限为2.4%~12.8%。改变丙酮蒸气、二氧化碳或氮气的体积分数进行爆炸试验,研究二氧化碳和氮气对丙酮蒸气的抑爆性能。当二氧化碳体积分数超过35%时可燃混合气体退出爆炸范围,临界氧体积分数为12.4%;当氮气体积分数超过50%时可燃混合气体退出爆炸范围,临界氧体积分数为9.2%。试验结果表明二氧化碳对丙酮蒸气的抑爆效果优于氮气,从化学平衡、三元碰撞、链式反应方面分析其原因。     

铝粉爆炸特性研究及抑爆剂的开发

利用20 L球对粉尘云浓度为40、60、125、250 g/m3的铝粉展开爆炸特性实验研究,测试爆炸压力随时间的变化规律、最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率。实验发现,在实验条件下,当粉尘云质量浓度为250 g/m3时爆炸压力最大,为0.557MPa;当粉尘云质量浓度为125 g/m3时最大爆炸压力上升速率最大,为22.5 MPa/s。在相同浓度下,磷酸二氢铵的抑爆效果优于碳酸钙,碳酸钙的抑爆效果优于碳酸氢铵,并且对于铝粉的抑爆效果随着抑爆剂体积分数的增加而逐渐增强,当磷酸二氢铵的体积分数超过30%便可以提供一个非常高效的抑爆效果。     

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。     

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。     

温度压力耦合下甲烷爆炸极限变化规律研究

采用气相爆炸极限测试装置研究甲烷与空气的预混气体在30~100、0.1~1.0 MPa下爆炸极限的变化规律。爆炸管体长1 500mm,直径260mm。实验结果表明:随着初始温度和初始压力升高,甲烷爆炸范围变宽,爆炸危险性升高。100、1.0 MPa时甲烷爆炸下限为5.25%,不随温度、压力出现明显的变化;爆炸上限为27%,爆炸上限随温度、压力变化明显。用SPSS对初始温度和初始压力耦合下爆炸上限的变化规律进行拟合,得出拟合公式。     

基于CHEMKIN的可燃气体爆炸下限模拟研究

基于CHEMKIN软件的绝热燃烧相平衡模型,模拟甲烷、乙烷、丙烷在绝热状态下的燃烧实验,分别获得相应条件下的绝热温升和绝热压升。随着可燃气体体积分数的增加,绝热温升和绝热压升均呈现先上升后下降的趋势。将绝热压升为0.32MPa时对应的可燃气体浓度作为该体系的爆炸下限值,通过计算获得三种气体的爆炸下限值,并与文献值进行对比,吻合程度较好。利用该模型对含氮混合气体的燃烧过程进行模拟,分析惰性介质氮气对爆炸反应的抑制机理,并利用压力判断准则计算混合气体的爆炸下限值。预测值与文献值的最大绝对误差为0.54%,平均绝对误差为0.274%。结果表明所建立的绝热燃烧相平衡模型能够准确地预测单一体系和含氮混合体系等可燃气体的爆炸下限。     

连通容器预混气体泄爆研究

采用实验和数值模拟相结合的方法,对球形连通容器内甲烷-空气预混气体爆炸泄放过程中爆炸压力、流场变化和火焰传播行为进行分析。研究表明:与单容器泄爆相比,连通容器泄爆时容器中压力变化更加剧烈;当小容器作为传爆容器时泄爆压力峰值更高,压力上升速率更快,不能用单容器的泄爆方法设计连通容器的泄爆;受管道火焰加速、压力累积和压力振荡作用的影响,传爆容器和起爆容器先后发生湍流燃烧;破膜泄爆时火焰和高温气流从泄爆口高速喷出,在外流场继续剧烈燃烧,易造成二次伤害。     

微米级褐煤粉尘爆炸压力试验研究

摘 要：使用近球形煤尘爆炸装置,以微米级褐煤粉尘为研究对象,测试爆炸压力特性变化规律。研究表明：微米级褐煤粉尘爆炸最大压力为0.73 MPa,最大压力上升速率为65.78 MPa/s,该爆炸强度可对爆源附近人员造成极大危害。爆炸前后参与爆炸的挥发分质量分数达到26.25%,表明挥发分是参与褐煤粉尘爆炸的主体成分。随喷尘压力在1.4~2.6 MPa范围内增大,爆炸最大压力和最大压力上升速率均先增大后减小。喷尘压力为1.8~2.2 MPa时,爆炸最大压力相对较大,表明该条件下褐煤粉尘在点火头附近扩散得最充分。随点火延迟时间在70 ~130 ms范围内增大,爆炸最大压力和最大压力上升速率均先增大后减小,最佳点火延迟时间约为100 ms,说明该条件下褐煤粉尘颗粒达到最佳分散状态,爆炸强度最大。     

惰性气体对异丙醇爆炸抑制作用的试验研究

基于FRT 的爆炸极限测试装置,在50 ℃、0.1 MPa条件下测试了异丙醇蒸气在空气中的爆炸极限。加入二氧化碳或氮气,改变异丙醇蒸气与二氧化碳或氮气的体积分数进行试验,研究惰性气体对异丙醇蒸气的抑爆效果。结果表明：在异丙醇爆炸极限范围内,随着异丙醇蒸气浓度升高,二氧化碳或氮气的抑爆体积分数降低,且二氧化碳抑爆效果优于氮气;在惰性气体抑爆作用下,氧气与蒸气体积分数比值小于2.10 时,混合气体不发生爆燃。绘制了抑爆三角区,描述惰性气体对异丙醇爆炸特性的影响,并从活化能理论、链式反应理论等方面分析不同惰性气体的抑爆作用差异。