球形压力容器中甲烷-氢气-空气爆炸过程数值模拟及实验研究

为研究受限空间内甲烷-氢气-空气混合气体爆炸特性参数分布规律,在20 L球形压力容器装置内开展甲烷-氢气-空气混合气体爆炸实验,探究掺氢比变化对当量比为1的甲烷-氢气-空气混合气体爆炸过程的影响;运用Fluent数值模拟软件,采用标准k-ε湍流模型,结合层流有限速率燃烧模型,探究混合气体爆炸过程中燃烧特性(爆炸温度、压力、密度等)与反应时间的变化规律。研究结果表明：爆炸过程中,添加一定氢气时爆炸压力峰值、爆炸压力上升速率峰值增大,而到达峰值时间缩短;反应初期,中心点火处密度下降,反应釜各处密度持续上升;距离点火点越远,密度变化越大,反应釜中压力分布基本相同。研究结果可为甲烷-氢气-空气混合燃料的安全使用提供相关参考。     

瓦斯-煤尘-空气混合物爆炸数值计算

为研究煤尘对瓦斯爆炸特性的影响及不同浓度瓦斯-煤尘-空气混合物爆炸特征参数变化规律,对混合物建立均相湍流燃烧模型和混合物参数计算方法,采用Fortran语言对计算流体力学软件AutoReaGas进行二次开发。利用二次开发后软件研究了混合物爆炸特性,得到不同浓度瓦斯-煤尘-空气混合物爆炸规律及瓦斯-空气和瓦斯-煤尘-空气混合物爆炸特性对比。数值计算结果与试验结果吻合较好,表明该方法研究气-固两相爆炸是可行的,煤尘参与使瓦斯爆炸最大超压和最大压力上升速率分别提高1.8倍和4.7倍,反应速率明显上升。     

管道氢气-空气预混气体爆炸特征的试验研究

为研究管道内氢气与空气预混气体的爆炸规律,使用尺寸为150 mm×150 mm×1000 mm的方形透明管道,通过试验观测了氢气体积分数从10%到40%的爆炸火焰形状、传播速度与压力变化规律。火焰传播与压力分别由高速摄像机与压力传感器记录测量。结果表明,爆炸火焰特征及压力变化受氢气体积分数的影响很大。火焰在管道内的最大传播速度及压力峰值随氢气体积分数增大而急剧增大。最大火焰传播速度由18.3 m/s增大到304.2 m/s,传播时间由123.5ms缩短到10.5 ms。压力峰值由2.95 k Pa增大到34.06 k Pa。当氢气体积分数为25%及以上时,火焰速度持续上升,没有出现郁金香火焰,压力波先出现短时间强烈正负压振荡,后长时间微小振荡。火焰特征、传播速度、压力变化及爆炸响声均能够很好地反映氢气爆炸的强度。     

超细碳酸氢钠抑制玉米淀粉空气混合物爆炸试验

为探究抑爆介质对玉米淀粉-空气混合物爆炸的抑制效果,以超细碳酸氢钠粉体为抑爆介质,利用自主研制的抑爆装置,在容积为3 m3的受限空间内开展玉米淀粉-空气混合物爆炸抑制试验,研究抑爆介质用量、抑爆装置触发时间及布设方式等参数对玉米淀粉-空气混合物爆炸压力的影响。结果表明:增加抑爆介质喷射量、缩短抑爆装置触发时间和增加抑爆装置数量均能有效降低爆炸压力的峰值,延迟到达爆炸压力峰值的时间,表明抑爆介质有助于增强受限空间内粉尘爆炸的抑制效果;增加抑爆装置数量还可避免复燃现象的发生,预防二次爆炸。     

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。     

长直水平管道中铝粉/空气混合物爆炸试验研究

在长为32.4 m,内径为0.199 m的大型长直水平管道中对铝粉/空气两相流的爆炸过程进行了试验研究.试验初始压力为0.14MPa,初始温度为20℃,水平布置17个传感器对试验数据进行测量记录.采用40J电火花进行点火,对铝粉/空气混合物燃烧转爆轰过程(DDT)进行分析,并对不同质量浓度时混合物的燃爆情况进行比较.结果表明:铝粉质量浓度为184 g/m3时,铝粉/空气混合物未被引燃;铝粉质量浓度为230 g/m3时,水平管道末端刚好进入爆轰阶段,此质量浓度为该条件下燃烧转爆轰的最低临界质量浓度;质量浓度为276g/m3、367 g/m3、459 g/m3 505g/m3、551 g/m3、643 g/m3时,均能在此水平管道内完成爆燃向爆轰的转变,并且能够自持.铝粉/空气混合物爆轰的最优质量浓度为551 g/m3.对质量浓度为505 g/m3时的铝粉/空气混合物的燃烧转爆轰过程进行分析,进入爆轰阶段后,多相燃料空气混合物爆轰超压和速度曲线呈现随距离传播不断振荡,但均值稳定的典型特征,其爆轰波胞格尺寸λ约为0.486m.     

管道内甲烷-空气预混爆炸燃烧的数值模拟

在实际生产过程中,有很多情况能使气体燃料与空气混合,达到可燃浓度,此时若有点火源存在,就可能酿成燃烧、爆炸灾害,造成严重的财产损失和人员伤亡.选取甲烷作为研究对象,选用空气作为氧化性气体,对其进行数值模拟.获得了不同时刻爆燃的压力场、温度场、密度场的变化数据,为工程上防爆、抑爆、泄爆提供了理论基础和数据.     

铝镁合金泡沫抑制甲烷-空气混合物爆炸火焰传播

为探究铝镁合金泡沫材料对爆炸的抑制效果,用净尺寸为80 mm×80 mm×900 mm的爆炸管道,开展该泡沫材料在不同填充密度下的甲烷爆炸抑制试验;综合探讨该种材料对爆炸火焰传播速度、压力、火焰阵面形态的影响。结果表明:当填充密度为10 kg/m~3时,铝镁合金泡沫材料对火焰传播有微弱的强化作用;当填充密度大于20 kg/m~3时,它对火焰传播转变为抑制作用,随着填充密度的增加,火焰传播速度达到第一峰值的时间和管道密封膜片破裂的时间都进一步延长;填充密度达40 kg/m~3时,火焰传播被完全抑制。受填充材料的影响,火焰形态在穿越填充区域后由层流火焰变为湍流沙漏状火焰。该种材料的抑爆机制主要体现在湍流促进和冷却抑制2个方面。     

密闭容器甲烷-空气混合物爆炸的尺寸效应

为探究密闭容器甲烷爆炸的尺寸效应及其变化特征,以及预防和控制密闭容器甲烷爆炸事故,通过改变圆柱形容器体积和管道的长度和直径,研究密闭容器甲烷-空气混合物爆炸压力变化特性;采用多元线性回归模型,分析最大爆炸压力及最大压力上升速率与管径和管长的关系。结果表明:在圆柱形容器中,最大爆炸压力上升速率随容器体积的增大而减小;随着管道内径的增加,管道末端的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率均下降;管道长度增加,管道末端最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率均增加。试验得到最大爆炸压力及最大压力上升速率的无量纲预测模型。     

公路隧道内氢气和丙烷爆炸数值模拟对比分析

通过FLUENT软件对化学计量浓度下的等热当量的氢气和丙烷在某公路隧道内的爆炸过程进行了数值模拟,对比分析了2者的反应速率和隧道内的压力场变化。结果表明:隧道内爆炸过程中氢气反应速率比丙烷的快,爆炸发生后50 ms内的平均反应速率是丙烷的7倍;氢气爆炸产生的超压较大,最大可达451 kPa,爆炸产生的压力波迅速传播,在隧道内上下来回反射,强度逐渐减弱;丙烷爆炸产生的压力波在隧道内整体表现为向上传播,在爆炸发生150 ms内强度逐渐增大。在此种情况下,2种气体的爆炸均能够对隧道内人员造成严重伤害。     

粉尘—空气混合物的最小爆炸浓度

对最小爆炸浓度估算的方法进行了评论，论述了对一些标准测试方法修改的必要性，以及引入新参数（如最小危险质量）的必要性。     

丁烷与空气混合物的爆炸性能测定

在不同条件下,对丁烷与空气混合物进行爆炸实验,由微机数采测试系统测定其爆炸参数（爆轰波压力、爆轰波传播速度等）、爆轰极限以及当其形成爆轰时所需的临界起爆能。通过实验测定,为评价丁烷与空气混合物的安全性能提供重要依据     

密闭爆炸容器实验研究及数值模拟

实验研究了三种结构的爆炸容器在爆炸载荷下的响应情况；并通过二维多流体欧拉程序对二维爆炸场进行了数值模拟．在这个基础上用ＮＩＫＥ－２Ｄ对壳体的动态响应进行数值模拟。     

内置障碍物连通容器中甲烷-空气预混气体的爆炸数值模拟

在实际工业生产中,连通容器内的爆炸事故屡见不鲜,而存在一定阻塞情况的连通容器内爆炸也时有发生.运用数值模拟的方法,建立了内置障碍物体的连接单根管道的容器的爆炸模型,利用甲烷-空气作为爆炸介质,获得了障碍物前后不同时刻的压力场和温度场,为实际生产中可能遇到的此类事故提供一定的理论依据和数据支持.     

氢气爆炸特性研究

本文研究、总结了氢气与空气(氢气与氧气)的混合物的爆炸特性.即氢气在空气中,在比较低燃烧界限的情况下,只有向上的传播和非常少的超压可以观测得到.正因为氢气的这种特性,将氢应用于科技将极大地推进社会进步,氢燃料将成为一种主要的能源.然而,氢技术应用的成功与否主要取决于氢使用的安全性.所以,必须掌握实际使用时氢气燃烧的性能.本文在日本过去十年实验数据的基础上,通过实验研究了氢气与空气混合物的燃点.研究了氢气、氧气混合物经氮气稀释后,按化学当量比例将不同浓度的氢气与空气进行混合,并得出了低温下的爆炸压力特性.随后,分别讨论了在初始压力下一致的情况下,试管直径相同的状况下,氢气与空气混合浓度相同的情况下,这三种爆轰传播限制之间的关系.得出了在空气中直接点燃的发生爆轰的最小试管直径,最小的装药量之间的关系,进行了爆轰危险性分级.最后,文章概括比较了氢与其他燃料的燃烧特性,评估了氢气燃烧过程中的危险与安全因素.     

基于神经网络模型的燃料空气混合物爆炸威力预测研究

燃料空气混合物爆炸威力准确预测研究是学术界的一个难题。针对燃料空气混合物爆炸威力有效预测问题,采用神经网络方法,设计多层神经网络模型,进行实际预测应用。应用结果表明,采用的预测方法简便、可行,可以为燃料空气混合物爆炸威力预测提供一种新途径。相比3层BP模型,设计的预测模型可以减少训练次数,缩短训练时间,提高预测正确率,应用优势较明显。     

ABC和BC干粉抑制92号汽油蒸气-空气混合物爆炸效果研究

为研究干粉组成及粒径对其抑制汽油蒸气与空气混合物爆炸效果的影响,以92号汽油为例,在220 L爆炸罐基础上建立一整套可燃气体(液体蒸气)抑爆研究装置。选取磷酸铵盐、超细磷酸铵盐和钠盐3种干粉为抑爆剂。通过时间继电器调节点火时间,在油气爆燃转爆轰阶段喷射干粉,比较抑爆前后汽油蒸气爆炸的峰值压力、压力上升速率和能量的变化。试验结果表明:铵盐对汽油蒸气的抑爆效果优于钠盐,适当降低磷酸铵盐的粒径有利于提高气体抑爆效果。超细铵盐抑制汽油蒸气爆炸的效果最佳,能降低58.5%的汽油爆炸压力和31.6%的爆炸能量,3种干粉的最佳抑爆质量浓度分别为:超细铵盐0.682 g/L,铵盐0.228 g/L,钠盐0.455 g/L。     

爆炸塔内爆炸流场的数值模拟

采用二维非定常流体动力学差分方法(隐式TVD格式),以轴对称和平面问题对半球顶圆柱筒身爆炸塔内,中心和偏心爆炸的流场进行了数值模拟。本文简要介绍了方法与结果。     

燃料车内氢气泄漏扩散数值模拟研究

基于FULUENT软件的物质传输与反应模块,建立了燃料车内氢气泄漏扩散的数值计算模型.应用模型对储气瓶不同位置的泄漏扩散进行了数值计算,得到了氢气在车内泄漏扩散后的危险区域分布情况.结果表明:氢气瓶上方挡板位置是氢气泄漏扩散后的高浓度区域,泄漏后的氢气在该处容易发生积聚.研究结论可以为车内预警用氢气监测传感器的放置以及氢燃料车的安全设计提供参考.     

煤粉粒径对粉尘爆炸影响试验研究与数值模拟

为分析煤粉粉尘的爆炸特性,利用20 L爆炸球测试装置与Fluent软件,试验研究煤粉粒径、质量浓度对煤粉云最大爆炸压力、爆炸指数的影响。结果表明,当试验环境温度为293~303 K时,点火能量为10 k J,粒径为26,73和115μm等3种粉尘云的最大爆炸压力均随着粉尘质量浓度的增加先升后降,在350 g/m3处达到最大值。同一粉尘质量浓度下,最大爆炸压力、爆炸指数均随着粒径的减小而增大。在60~120 ms时间内,粒径为26μm、质量浓度为350 g/m3的粉尘颗粒在球体内能保持一定的稳定状态,60 ms左右扩散达到相对均匀状态。爆炸后,燃烧最高温度为2 060 K,未燃区温度由300 K上升至375 K。粒径为26μm的煤粉尘云爆炸危险性等级为Ⅱ级,粒径为73和115μm的煤粉尘云爆炸危险性等级为Ⅰ级。