浅析可燃性气体爆炸及爆炸极限

可燃性气体爆炸已经逐渐成为工业生产、生活中主要危害之一,因此研究可燃性气体爆炸机理对预防可燃性气体爆炸具有重要意义,而爆炸极限是研究可燃性气体爆炸的一个重要参数。本文主要以液化石油气、甲烷为例,通过实验及查找文献等方法进行研究。     

浓度梯度对甲烷-空气混合气体爆炸特性参数的影响

为研究浓度梯度的变化对甲烷-空气预混气燃爆特性的影响.在方形爆炸实验管道中布置压力、温度传感器,开展不同甲烷浓度梯度下甲烷-空气预混气体爆炸试验.研究结果表明:浓度梯度的增大使管道内甲烷-空气预混气的火焰平均速度和最大爆炸压力均呈现先升高后降低的趋势,当浓度梯度为1.0％时二者均达到最大值;爆炸压力上升速率亦随浓度梯度...     

初始温度对甲烷-空气爆炸压力影响的试验研究?

借助特殊环境20 L爆炸特性测试系统,研究了初始温度对甲烷-空气爆炸压力的影响,初始压力为0.1MPa,初始温度变化范围为298~473 K。结果表明,甲烷-空气爆炸的最大爆炸压力随初始温度的升高而降低,初始温度由298 K升高到473 K,最大爆炸压力由0.783 3 MPa下降到0.501 2 MPa,下降幅度为35.89%。初始温度的升高加快了反应速率,缩短了最大爆炸压力到达时间,由298 K时的127.1 ms缩短到473 K时的85.0 ms。初始温度升高,甲烷-空气最大爆炸压力的上升速率(dp/dt)max呈上升趋势。当初始温度由298 K上升至473 K时,(dp/dt)max升幅并不大,仅为9.16%;爆炸特征值KG不断增大,其爆炸危险性也随之增大。从反应开始到到达最大爆炸压力这段时间内,爆炸压力上升速率的变化在一定程度上可以反映甲烷-空气爆炸反应速率的变化情况。     

高温高压条件下可燃气体爆炸极限测定标准对比研究

可燃气体（蒸气）爆炸极限是表征其燃烧爆炸可能性的重要参数之一,也是安全预警阈值设定的主要依据,高温高压下爆炸极限测定与常温常压下有较大差异。本文从测定范围、测定装置、测定原理、点火方式、判定依据等方面对比分析了国内外爆炸极限的测定标准,重点比较了高温高压条件下爆炸现象的判定标准及方法。该研究对高温高压下爆炸极限的测定及相关标准制修订具有重要意义。     

无机惰性介质对面粉爆炸的抑制效果与机理

为研究CaCO_3、Al(OH)_3、NaHCO_3、NH_4H_2PO_44种无机惰性介质对面粉爆炸现象的抑制效果,采用20 L球形爆炸仪进行面粉爆炸实验;通过进行粒径分析和热重分析,探讨无机惰性介质的抑爆机理。结果表明:4种惰性介质对面粉粉尘的爆炸均有抑制作用,最大爆炸压力随着无机惰性介质的质量分数的增大而减小;当无机惰性介质质量分数≤50%时,粒径是影响最大爆炸压力的最主要的因素,粒径越小抑爆效果就越好,CaCO_3由于其粒径小、分散度高而抑爆效果最好;当无机惰性介质质量分数50%时,NaHCO_3因其分解温度最低、分解产物能够吸热并中断面粉爆炸链式反应而抑爆效果最好。     

三元混合物的爆炸极限实验

参照国标GB/12474-90的有关规定,设计了一套测试可燃气体爆炸极限的实验装置。系统地测量了三元混合物R290+R152a+R134的爆炸极限,积累了爆炸极限数据,绘制了爆炸极限曲线。混合物的临界爆炸比(CFR),随着R290/R152a体积比的增大而增大。     

外部空间与初始温度对氢气与空气混合气体爆炸过程的影响

为了研究容器形状和初始温度对氢气与空气预混气体爆炸过程的影响,分别采用20 L球形容器和20 L圆柱形容器对氢气与空气混合气体的爆炸过程进行了研究。首先,通过壁面压力传感器获取了两种容器内的最大爆炸压力,并采用高速摄影装置拍摄了球形容器内部爆炸火球的发展变化过程。其次,利用计算流体力学方法对氢气爆炸过程进行了数值模拟,获取了三维爆炸压力场、火焰温度场等爆炸参数,对比分析了容器内不同位置处的压力曲线,并探讨了初始温度对氢气爆炸压力的影响。实验结果表明:在常温下,最大爆炸压力出现在氢气体积分数为30.0%的条件下,略高于理论当量浓度。数值模拟结果表明:两种容器内,火焰传播初期均呈球面往外发展;容器内上壁面的压力均低于右壁面的压力;由于壁面不规则的反射作用,圆柱形容器第1个压力峰值后的压力振荡周期不同步;在体系初始压力不变的情况下,初始温度提高20%,容器内部总的物质的量减少,最大爆炸压力下降15%。     

燃烧条件对自蔓延高温合成Al2O3/AlB12复相陶瓷粉体特性的影响

以铝、Ｂ２Ｏ３为原料,利用自蔓延高温合成（ＳＨＳ）制备了Ａｌ２Ｏ３／ＡｌＢ１２复相陶瓷粉体,研究了燃烧条件对粉体特性的影响。结果发现,经球磨处理后,复相陶瓷粉体中Ａｌ２Ｏ３的平均粒径为３￣４μｍ,ＡｌＢ１２的粒度为亚微米级。粉体的比表面积为￣１ｍ＾２／ｇ。     

新型替代制冷剂HFC-32爆炸极限影响因素研究

本文利用可燃性气体爆炸极限测定实验台研究了温度、相对湿度、阻燃剂对HFC-32爆炸极限的影响。结果表明:在-5~55℃范围之内,升高温度会促使HFC-32爆炸上限逐渐增大,其爆炸下限逐渐减少,拓宽了HFC-32的爆炸区间;当相对湿度低于60%时,增大相对湿度会导致HFC-32爆炸下限稍微增大,其爆炸上限稍微减少,当相对湿度由60%逐渐增至87%时,其爆炸上限急剧减少,直至爆炸极限范围消失;添加CF_3I或HFC-134a阻燃剂可促使HFC-32爆炸极限范围减少,而且CF_3I的阻燃效果优于HFC-134a,当CF_3I/HFC-32体积比由0增至1或HFC-134a/HFC-32体积比由0增至10时,两种混合气的爆炸范围最终都减少为0。研究结果为抑制HFC-32燃烧提供了重要的理论依据。     

初始压力和富氧系数对CH4/O2/N2预混气体爆炸特性的影响

为了探究甲烷CH4在富氧和非常压条件下的爆炸危险性,确保CH₄气体在不同工况下的安全使用,借助5 L圆柱形爆炸装置,研究了初始压力p₀和富氧系数E对CH₄/O₂/N₂爆炸特性的影响。包括最大爆炸压力p_max、最大压力上升速率（dp/dt）_max和最大压力到达时间t_c等衡量CH₄爆炸安全性的指标。结果表明:当E为 0.21、0.25和0.30时,p_max随p₀的增加始终线性上升;而当E为 0.35和0.40时,p_max随p₀的增加先缓慢线性上升、后快速线性上升;（dp/dt）_max随p₀的增加分为线性上升和一阶指数快速上升。在E为0.21和0.25时,t_c随p₀的增加而线性增大,因为在燃烧初始阶段CH₄活化自由基的销毁速率增加,降低了反应速率和燃速,引起预混气体t_c的延长;但随着E的增加,氧气的促进作用与自由基销毁的抑制作用形成新的竞争效应,使得t_c先增加、后下降。     

瓦斯爆炸火焰厚度的实验研究

本文对水平管道中瓦爆炸传播火焰的厚度进行了实验研究,对不同浓度的瓦斯／空气爆炸火焰的厚度及传播速度进行了实际的测量,得到了火焰厚度变化的基本规律。在本实验条件下所测得的实际火焰厚度较厚, 而且变化范围较大,其厚度比按传统的静态火焰模型计算出的结果大得多。该实验结果为泊瓦斯爆炸机理的研究、瓦斯爆炸模型的建立以及数值模拟提供了可靠的实验数据。     

空爆荷载下爆源设置方式对圆柱壳动力响应的影响

基于动力有限元程序LS-DYNA及Euler-Lagrange耦合方法,分别以75g柱状和200g块状TNT炸药为爆源,对圆柱壳在爆炸载荷作用下的非线性动态响应过程进行三维数值模拟,描述了圆柱壳在不同爆源设置方式下的动力响应。数值模拟结果表明：壳壁破坏特征与药量Q、爆源设置方式密切相关,75g柱状TNT炸药轴线与圆柱壳轴线垂直设置时破坏作用大,而200g块状TNT炸药长边中心线与圆柱壳轴线平行设置时破坏作用则更强。研究结果为在役油气管道的抗爆能力分析和安全性评估提供了重要的参考依据。     

变阻障碍物对管道内瓦斯爆炸的影响

为探究障碍物阻塞比变化率对瓦斯爆炸的影响,分别建立平均阻塞比为0.6、 0.3的受限空间物理模型,基于Charlette湍流燃烧模型,利用Fluent软件对阻塞比变化率依次为0、 0.05、 0.10、 0.15的障碍物条件下的爆炸火焰、湍流转捩、压力波耦合过程进行大涡模拟(LES)。研究结果表明：火焰经过障碍物会产生回流卷吸效应。在平均阻塞比为0.6的工况组A中,当阻塞比变化率为0.10、 0.15时,火焰锋面更加尖锐,火焰传播速度峰值更高,平均传播速度更高,到达超压所需时间更短,超压峰值更大。在平均阻塞比为0.3的工况组B中,各工况平均传播速度相同,随着阻塞比变化率的增大,到达超压所需时间更长,超压峰值更大。     

磁场对瓦斯爆炸过程中火焰传播影响的实验研究

在实验研究的基础上,分析了磁场对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的重要影响.研究结果表明,磁场对瓦斯爆炸过程的影响很大,相比光滑管道,加磁场后火焰传播速度大幅度提高,而且随磁场强度的增加影响加剧;对于管道终端开口和闭口系统的瓦斯爆炸过程,磁场对两种系统的影响规律是一致的,影响程度比较接近,基于磁场强度对瓦斯爆炸影响的实验理论,从理论上分析了磁场强度对瓦斯爆炸传播速度的影响,并对实验现象作出了合理的解释.     

空气中PETN爆炸产物初始参数的计算研究

为了研究PETN爆炸产物的初始参数,以爆炸理论为依据,利用计算机数值模拟PETN装药密度与爆速的关系。采用软件编程的方法实现其爆炸产物初始参数的计算,并拟合得出爆炸产物初始参数与PETN装药密度的关系曲线和方程。用密度分别为1.56、1.65、1.69、1.74 g/cm3的PETN爆炸产物初始参数验证拟合方程的准确度。结果表明拟合方程具有较好的准确度。     

瓦斯爆炸过程中电导性与火焰之间关系的实验研究

文章利用电极探针和高速摄影对水平管道内瓦斯爆炸过程中的电导性与火焰之间的关系进行了实验研究,结果表明,瓦斯爆炸火焰是沿管道的底部向前传播的,在管道的同一横断面内,爆炸中间产物的成分在上下不同部位的分布是不均匀的,其电导性的大小也是不一样的。最佳当量比爆炸气体中,管道中,上部的电导性是基本相同的,并高于底部的电导性,贫燃料与富燃料爆炸气体中,由管道底部向上,其电导性是逐渐增大的。     

Estimation of the lower flammability limit of organic compounds as a function of temperature

A new method of estimating the lower flammability limit (LFL) of general organic compounds is presented. The LFL is predicted at 298 K for gases and the lower temperature limit for solids and liquids from structural contributions and the ideal gas heat of formation of the fuel. The average absolute deviation from more than 500 experimental data points is 10.7%. In a previous study, the widely used modified Burgess-Wheeler law was shown to underestimate the effect of temperature on the lower flammability limit when determined in a large-diameter vessel. An improved version of the modified Burgess-Wheeler law is presented that represents the temperature dependence of LFL data determined in large-diameter vessels more accurately. When the LFL is estimated at increased temperatures using a combination of this model and the proposed structural-contribution method, an average absolute deviation of 3.3% is returned when compared with 65 data points for 17 organic compounds determined in an ASHRAE-style apparatus.     

气体滤波相关技术在红外甲烷监测系统中的应用

针对空气痕量气体中甲烷含量低、吸收弱,在非分散红外甲烷检测系统中噪声干扰大的问题,本文提出了利用气体滤波相关检测技术去除背境噪声干扰来提高检测能力的方法.该方法依据气体对红外辐射的特征吸收和相关运算的原理,结合了先进的气体滤波技术和相关检测技术,实现了对微弱光谱信号的调制和检测,最后实现了对浓度的反演,从而达到了甲烷气体实时、快速在线检测目的.试验结果表明,系统有10 ppb的测量精度.     

玉米淀粉粉尘爆炸特性及火焰传播过程的试验研究?

为了全面地认识玉米淀粉粉尘爆炸的敏感性和爆炸破坏效应,分别采用粉尘云着火温度装置、20 L球粉尘爆炸装置和粉尘云火焰传播装置对玉米淀粉的粉尘云着火温度、爆炸下限质量浓度、爆炸压力、爆炸氧极限浓度以及粉尘云火焰传播过程进行了研究。结果表明:玉米淀粉粉尘云最低着火温度在380~390℃之间;粉尘云爆炸氧极限浓度(体积分数)在10%~11%之间;爆炸下限质量浓度和最大爆炸压力随着化学点火具质量的增加而呈现出不同的变化特征,随着化学点火具质量的增加,玉米淀粉的爆炸下限质量浓度逐渐降低,而玉米淀粉爆炸压力逐渐升高。在不同的粉尘质量浓度条件下,粉尘云火焰传播速度和火焰温度有一定的变化,在粉尘质量浓度为500 g/m3时,火焰传播速度和火焰温度均达到最大值,分别为13.81 m/s和1 107℃。     

薄壳结构内气体爆炸破坏后果数值模拟研究

为研究气体爆炸对结构的破坏效应,依据分析得出的事故数据,计算高压气体主要参数得出高压气团模型,采用AUTODYN,设置合理的流出边界及联接强度,建立Shell/Euler耦合模型,模拟了二甲苯气体爆炸效应。结果较好地描述了结构内爆炸演化过程,二甲苯爆炸导致箱式梁产生一定程度的结构破坏,箱式梁顶板与侧板的焊接点部分断裂,底板与侧板联接失效。仿真结果与事故特征基本吻合,验证了所用模拟方法的有效性。提出的高压气团模拟法基于气体性质,分析爆炸事故特征,确定爆源气体种类并定量其体积及分布。分析仿真结果发现内部加强筋可强化箱式梁。该研究进一步确定二甲苯的燃爆危险性,为二甲苯使用场所提供安全依据及设计参考。