水平管道泄爆面开启压力对甲烷爆燃压力的影响*

为了研究泄爆面不同开启压力对甲烷爆燃压力的影响,针对受限空间内甲烷/空气混合物爆燃传播过程,建立由水平管道构成的数值模型。研究结果表明:水平管道内存在爆燃压力积聚和泄放的双重效应,随着泄爆面开启压力的增加,测点爆燃压力峰值增大而且测点间爆燃压力峰值差异逐渐减小;在泄爆面不同开启压力条件下,泄压效应造成泄爆面及外部空气域爆燃压力衰减,随着泄爆面开启压力的增加,泄爆面开启时间近似呈线性增大;与水平管道内和泄爆面附近测点相比,水平管道外侧测点的爆燃压力峰值和振荡幅值均显著衰减,而且随着泄爆面开启压力的增加,测点爆燃压力峰值及测点间爆燃压力峰值差异均逐渐增大。     

泄爆静开启压力对气体内爆炸载荷的影响研究

针对约束泄爆结构静开启压力这一关键特征参数,对建筑物内气体爆炸瞬态流场展开数值模拟研究,探索不同静开启压力条件下爆炸压力载荷的分布规律。研究结果证实了爆炸压力载荷双峰结构的客观存在,阐释了双峰压力结构在时间上的分布规律,揭示了双峰时间间隔随泄爆结构静开启压力的非线性特征。研究成果为建筑物内可燃气体爆炸事故的定量风险评估及气体爆炸荷载下建筑结构动力响应与防爆抗爆安全设计奠定必要的理论基础。     

对开式泄爆条件下预混甲烷/空气爆燃试验研究

在装有对开式泄爆板的透明爆燃腔体内,用试验方法研究了甲烷/空气预混气体爆燃过程中的爆燃压力、火焰传播速度及泄爆板转动规律。结果表明:在对开式泄爆条件下,与无障碍物的工况相比,随障碍物数量增多或当量比从0.7增大到1.0,火焰传播速度、爆燃过程中的最大压力和泄爆板开启速度越来越大;当量比越接近1.0,泄爆过程中压力峰值产生的时间越提前;由于对开式泄爆板的瞬态泄压作用,压力曲线波峰附近出现"凹陷"现象。此外,在对开式泄爆容器的设计过程中,应尽可能减少容器中障碍物的数量,以降低爆燃过程中的压力峰值。     

泄爆导管长度对除尘器泄爆影响的模拟分析

使用FLACS软件DESC模块,对连接不同长度泄爆导管的除尘器泄爆模型进行了模拟,研究泄爆过程中除尘器内部以及泄爆方向上的超压与高温变化规律。研究结果表明,泄爆导管内部要比除尘器内部先达到最大爆炸压力,但压力值却要小于除尘器内的超压;在泄爆方向上,距泄爆口越远,导管内的爆炸压力也越小,且在泄爆导管末端压力下降的趋势明显加快;随着导管长度从1 m增加到6 m,除尘器与泄爆导管内部的最大爆炸压力也逐渐增大,在泄爆导管长6 m时,除尘器内部达到了81.8 kPa的最大爆炸压力;而对于不同长度的导管泄爆模型,泄爆导管内部都达到了2 000 K左右的高温,且导管越长,最大爆炸温度所能持续的时间也越长。     

泄爆面积对柱形容器泄爆过程压力影响

为了研究泄爆面积对柱形压力容器泄爆过程中压力变化的影响,采用经典流体力学软件FLU ENT在泄爆口直径分别为50、80、100mm情况下对容器内甲烷和空气混合气体泄爆过程进行了数值模拟,研究了不同情况下容器内压力发展变化规律以及爆炸流场参数分布。结果表明当泄爆压力为0.04MPa,泄爆口直径50mm时,泄爆口开启后压力容器内压力呈现继续上升趋势;泄爆口直径为80、100mm时,泄爆口开启后压力均立即下降,采用直径100mm泄爆口时压力下降速率更快,容器内压力降至环境压力所需时间更短。     

泄爆面特征参数对天然气爆炸超压峰值的影响规律

为揭示泄爆面特征参数对大尺度受限空间内天然气爆炸超压峰值结构的影响机制,基于典型房间特征,借助计算流体动力学技术研究不同泄爆面开启压力、开启时间以及泄压比等参数条件下室内天然气泄爆超压峰值结构的分布规律。研究结果表明:峰值Pb随开启压力和开启时间增加均呈线性增长趋势,而泄压比对Pb影响较小;峰值Pmfa与室内最大火焰面积有关,随开启压力、开启时间的增加和泄压比的减小,气体出流速度增大,进而产生更强的湍流,导致室内火焰面积和气体燃烧率增加,最终Pmfa增大;峰值Pext随泄压比增加呈快速降低趋势,同时开启压力和开启时间对Pext影响具有协同效应,共同促进Pext快速增加。     

泄爆面积比对泄爆门封闭泄爆特性的影响研究

为研究泄爆面积比对泄爆门泄爆特性的影响,运用FLUENT软件建立煤矿井下1:1巷道模型,在不同泄爆面积比的工况下对瓦斯爆炸传播规律及泄爆过程进行模拟,分析其变化特征和封闭泄爆效果.结果表明:S0工况条件下,压力和温度衰减后保持在0.29 MPa和565 K;S1～S4工况条件下,S4比S1,S2和S3达到封闭状态时间快...     

泄爆导管对球形容器内气体爆炸泄放过程影响的试验

设计了球形容器内气体爆炸通过导管泄爆的试验系统,选用体积分数为10%(特殊说明除外)的甲烷和空气预混气体开展试验,研究了泄爆导管长度、容器容积、点火位置、气体体积分数、破膜压力等因素的影响。结果表明:泄爆导管越长,容器内的正压力峰值和负压力峰值越大;密闭爆炸时,球形容器的容积对爆炸压力峰值几乎无影响;不同容积球形容器内气体爆炸通过相同导管泄爆时(导管长度均为6 m,直径均为0.06 m),容积大的容器内的压力锋值为小容器压力值的3.3倍,且大容器内的压力上升速率也明显高于密闭爆炸的情况;有泄爆导管存在时,尾部点火容器内的压力峰值高于中心点火;泄爆导管的存在使得容器内的压力峰值高于直接泄爆时的压力峰值;无论有、无泄爆导管,容器内的压力峰值均随破膜压力增加而增加,但差值越来越小,说明导管的存在对容器爆炸泄爆过程的影响趋向缓和,但导管的存在总是阻碍了泄爆过程,增加了爆炸的严重程度,因此,在泄爆设计时要充分考虑导管的影响,适当提高容器自身的耐压强度。     

甲烷/空气预混气体泄爆过程的动力学研究

以甲烷/空气为研究对象,建立小尺寸管道气体爆炸实验平台,利用高速纹影技术,探测了泄爆过程中预混气体火焰在管道内的传播特性,并得出流场压力、火焰传播速度变化曲线;同时建立k-ε模型,对管道内甲烷/空气预混气体泄爆过程进行模拟,得到数值模拟情况下的流场压力和火焰传播速度变化曲线.模拟图像和实验图像变化趋势大体一致.     

甲烷-空气预混气体泄爆过程的实验研究

对甲烷-空气预混气体在球形容器和球形管道连通容器内的泄爆过程进行实验研究,根据实验结果得出在较小的泄压面积时,与密闭容器爆炸实验比较,不能降低容器内的最大压力,反而会增大容器内的最大压力。通过实验结果分析,泄爆口安装在远离点火源的位置,当发生预混气体爆炸时能较好地降低容器内的最大压力,起到保护容器的作用。     

三通管支管位置对爆炸火焰传播影响分析*

为研究分支管道位置对丙烷爆炸火焰传播的影响规律,通过多组数值模拟与已有实验数据对比,分析不同工况下三通管内火焰传播形态变化特征及温度变化。结果表明:向右传播的爆炸气流在支管左侧形成湍流旋涡,火焰受到拖拽及壁面制约,贴支管右侧壁面呈尖刀状传播;封闭管道中,火焰传播受主管道高速前驱压力波回波影响更显著,垂直支管中火焰与高温风险更大;实验支管位置距离点火源5.6 m时岔口处监测点温度高达2 214.08 K,支管位置增加至5.71 m时,支管处湍流旋涡拖拽火焰,使火焰出现中断,支管移至5.825 m后高温火焰无法传播至支管口,支管中的爆炸风险显著降低。研究结果为工业生产三通管支管位置的选择和支管内二次爆炸风险预测提供科学参考。     

基于1 m3泄爆装置的墨粉爆炸泄压机制研究*

为了研究墨粉在爆炸泄压过程中燃烧与流动的变化机制,通过改变泄爆片尺寸、墨粉浓度以及泄爆片的惯性力等参数对爆炸泄放过程中反应釜中压力以及外场火焰形态变化进行试验研究,同时与完全封闭空间内不同墨粉浓度的压力曲线对比。研究结果表明:相同泄爆开口尺寸下,粉尘浓度与受控爆炸压力（采用爆炸泄压保护措施后工业腔体内产生的压力）负相关;开口尺寸增加可以提升泄压效率;结合外场火焰形态的变化情况揭示声动火焰不稳定性对反应釜中压力发展的影响;通过无惯性泄爆试验的对比证明泄爆片惯性对受控爆炸压力的影响不可忽视。     

初始温度和压力对排污空间甲烷-空气混合物爆燃特性影响的模拟研究

市政排污空间作为城市公共基础设施的重要组成部分，易积聚可燃气体形成爆炸性环境。结合排污空间的特殊环境条件，采用Fluidyn-MP多物理场数值模拟软件，建立了20 L球形爆炸罐分析模型，通过改变初始温度和初始压力，对排污空间甲烷-空气混合物爆燃特性及其变化规律进行模拟研究。结果表明:初始温度升高导致甲烷-空气混合物最大爆炸压力降低，缩短了到达最大爆炸压力的时间；初始压力增加导致最大爆炸压力急剧升高，并延长了到达最大爆炸压力的时间；最大爆炸压力对初始压力的敏感程度远大于初始温度的影响。此外，随着初始温度和初始压力的升高，爆炸火焰平均传播速度增加，而火焰传播速度对初始温度较敏感。     

铝粉爆炸无火焰泄压技术及装备研究

为有效防止粉尘爆炸泄爆引起的二次爆炸及火灾问题,基于泄压理论、消火机理,设计开发无火焰泄压装置,装置主要由消火结构、底座、爆破片及夹持机构组成,消火结构由不锈钢金属丝网组成。选择铝粉尘为测试粉尘,通过自建除尘系统试验平台进行试验研究。结果表明:无火焰泄压装置可成功阻止火焰传播,装置释放的冲击波在5 m外均小于5 kPa,除尘系统内部最大泄爆压力为0.1 MPa,装置前端火焰传播速度均大于100 m/s。     

点火位置对污水管网可燃气体爆燃特性影响模拟研究

针对典型市政污水管网内可燃气体爆燃过程,采用流体动力学软件Fluidyn,建立了由顶端封闭、深度为4 m的竖直检查井和两端开口、长度各为20 m的水平井构成的管网模型,研究了不同点火位置（检查井上部、中部和下部）对甲烷爆燃特性的影响。研究结果表明:不同位置点火时,管网内测点压力时程呈现出亥姆霍兹振荡,各压力峰值曲线具有明显的分段性,且相同测点的数值接近;爆炸温度在点火位置附近出现最大值,其中上部点火时数值最大,中部点火时居中,下部点火时最小,但在水平井内温度峰值近似呈线性衰减并在端口出现最小值;与下部点火相比,上部和中部点火时,检查井和水平井连接处扩容效应造成火焰传播速度衰减显著,但在水平井内均近似呈线性增大并在端口出现最大值。     

管道中氢气-空气爆轰的多级泄爆数值模拟研究

为了研究管道内氢气的爆燃转爆轰及其抑制过程,对单个障碍物管道中氢气-空气混合物燃爆过程以及多级泄爆进行了二维数值模拟。基于氢气-空气19步详细化学反应动力学机理,以及k-ε湍流模型、概率密度函数输运方程和同位网格SIMPLE算法,采用计算流体软件Fluent进行模拟。结果表明:密闭管道无泄爆时,在距点火端1.5 m左右爆燃转为爆轰;泄爆口的位置对管道内氢气-空气预混气体的爆炸参数有重要影响,泄爆口位于管道中部时,能降低管道内爆轰超压,泄爆效果较好;位于管道中部单个泄爆口泄爆时,有效降低爆轰超压,管道中部设置2个泄爆口时,能通过压力和混合气体的泄放将管道中已经发生的爆轰衰减为爆燃;当有3个泄爆口泄爆时,管道中没有发生爆轰,达到良好的泄爆效果。     

Application and effect of negative pressure chambers on pipeline explosion venting

Explosion venting is a frequently-used way to lower explosion pressure and accident loss. Recently, studies of vessel explosion venting have received much attention, while little attention has been paid to pipe explosion venting. This study researched the characteristics of explosion venting for Coal Bed Methane (CBM) transfer pipe, and proposed the way of explosion venting to chamber in order to avoid the influence of explosion venting on external environment, and investigated the effects of explosion venting to atmosphere and chamber. When explosion venting to atmosphere, the average explosion impulse 4.89 kPa s; when explosion venting to 0 MPa (atmospheric pressure) chamber, average explosion impulse is 7.52 kPa s; when explosion venting to −0.01 MPa chamber, explosion flame and pressure obviously drop, and average explosion impulse decreases to 4.08 kPa s; when explosion venting to −0.09 MPa chamber, explosion flame goes out and average explosion impulse is 1.45 kPa s. Thus, the effect of explosion venting to negative chamber is far better than that to atmospheric chamber. Negative chamber can absorb more explosion gas and energy, increase stretch of explosion flame, and eliminate free radical of gas explosion. All these can promote the effect of explosion venting to negative chamber.     

Characteristics of dust explosion venting pressure and flame under high activation pressure

A 20 L spherical explosive device with a venting diameter of 110 mm was used to study the vented pressure and flame propagation characteristics of corn dust explosion with an activation pressure of 0.78–2.1 bar and a dust concentration of 400∼900 g/m³. And the formation and prevention of secondary vented flame are analyzed and discussed. The results show that the maximum reduced explosion overpressure increases with the activation pressure, and the vented flame length and propagation speed increase first and then decrease with time. The pressure and flame venting process models are established, and the region where the secondary flame occurs is predicted. Whether there is pressure accompanying or not in the venting process, the flame venting process is divided into two stages: overpressure venting and normal pressure venting. In the overpressure venting stage, the flame shape gradually changes from under-expanded jet flame to turbulent jet flame. In the normal pressure venting stage, the flame form is a turbulent combustion flame, and a secondary flame occurs under certain conditions. The bleed flames within the test range are divided into three regions and four types according to the shape of the flame and whether there is a secondary flame. The analysis found that when the activation pressure is 0.78 bar and the dust concentration is less than 500 g/m³, there will be no secondary flame. Therefore, to prevent secondary flames, it is necessary to reduce the activation pressure and dust concentration. When the dust concentration is greater than 600 g/m³, the critical dust concentration of the secondary flame gradually increases with the increase of the activation pressure. Therefore, when the dust concentration is not controllable, a higher activation pressure can be selected based on comprehensive consideration of the activation pressure and destruction pressure of the device to prevent the occurrence of the secondary flame.