爆炸波与燃烧场作用的数值研究

对二维爆炸波的运动状态进行了数值模拟,并考虑模拟爆炸波从不同方向与燃烧场的作用情况,通过对流场中压力、温度的变化情况来分析来探讨激波灭火的机理,为实验实验模拟提供了先导。同时还对爆炸波与树的相互作用情况进行了数值模拟,为今后对森林的整体建模提供参考。     

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。     

甲烷-煤尘爆炸波与障碍物相互作用的数值研究

为了探讨煤矿瓦斯和煤尘爆炸的物理机制 ,基于对甲烷和煤尘爆炸传播的理论分析 ,采用数值模拟方法研究障碍物对甲烷和煤尘爆炸传播的影响 ;为了更系统地考虑颗粒相各种输运特性、相间滑移和耦合 ,采用双流体模型建立了数学模型 ,该模型的出发点是把颗粒群和气体都作为连续介质 ,两者相互渗透充满整个空间形成没有间隙的“流体”———拟流体 ,在欧拉坐标系下考虑气 -固两相流动 ,气相和颗粒相的计算网格统一 ,易于处理。数值方法采用LU分解和迎风TVD格式分别处理对流项的隐式和显式部分 ,扩散项采用中心差分 ;同时研究了不同形状的障碍物对流场的影响 ,计算结果与实验吻合较好     

公共建筑结构内爆炸效应的数值模拟

大型公共建筑结构内的爆炸问题分为4个连续阶段,即炸药的爆轰、冲击波的传播、冲击波与结构壁面的反射、结构壁面在爆炸载荷作用下的动力响应。为研究大型公共建筑结构内爆炸的效应,以爆轰动力学、爆炸力学、结构动力学和爆炸力学计算方法等多个领域的理论知识为基础,选取典型长方体空间为研究对象,采用有限元计算方法,对长方体密闭空间内冲击波传播规律及壁面爆炸载荷分布特性进行了数值模拟。结果表明:在爆炸冲击波距离结构壁面较远时,计算模型中的冲击波衰减规律与无限大气中的相似,可以采用空爆理论计算模型;而在结构壁面处,由于受到反射冲击波的影响,当反射波与入射波叠加后在某些观察点会出现压力急剧升高,甚至压力超过首个峰值的现象;在结构壁面的角域,由于冲击波衰减缓慢,超压作用时间较长,破坏效果也最大。     

分支管道长度和数量对油气爆炸超压特性的影响

为了研究不同分支管道长度和数量对油气混合物爆炸超压特性的影响规律,借助组合式试验管道和压力采集系统,完成了不同分支管道长度和数量条件下的油气爆炸试验,重点分析了超压峰值、超压上升速率、达到峰值时间等超压特性参数与分支管道长度和数量之间的关系。结果表明,与直管道相比,分支管道对爆炸超压峰值和超压上升速率有较大影响。随分支管道长度增大,超压峰值和最大超压上升速率均呈现先减小后增大的趋势。单分支结构条件下,分支长度为1.5 m时,超压峰值与升压速率峰值小于直管道工况,而双分支结构条件下,超压峰值与升压速率峰值均大于直管道工况。分支管道数量的增加并不能导致超压峰值和最大超压上升速率的持续增加。当分支数量小于3时,爆炸超压峰值和最大超压上升速率随分支数量增加而增加,当分支数量大于3时,超压峰值和最大超压上升速率则均出现了下降。     

一维可燃气云燃烧与爆炸的数值模拟

碳氢燃料在空气中形成的可燃气云，点火后容易从燃烧发展为爆轰。本文分别用均匀能量释放模型与能量波模型模拟了可燃气云的能量释放；用高精度、高分辨率的ＴＶＤ格式对有限能量释放速率的一维可燃气云的流体力学守恒方程进行了数值求解，给出了流场压力分布曲线，讨论了两种能量释放模型中影响能量释放速率的主要因素。     

风速对LNG泄漏扩散过程影响的数值模拟

为研究环境风速对液化天然气(LNG)泄漏扩散过程的影响,采用Fluent建立LNG连续泄漏计算流体力学模型,开展不同风速下LNG泄漏扩散过程的数值模拟研究。结果表明,LNG泄漏扩散分为扩散初期、扩散中期、扩散后期3个阶段,扩散过程中LNG从低温重气逐渐转变成轻质气体。环境风速对气云的扩散主要体现在:低于5级风时,云团以两侧卷吸为主,气云表现为"叶状分叉"、中间低两端高,此时气云横风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而增大;而高于5级风时,云团以顶部卷吸为主,气云表现为云团坍塌、中间高两端低,此时气云垂直风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而减小。初步建立了LNG蒸气云爆炸风险范围与冻伤区域和泄漏时间、环境风速的函数关系,可为爆炸风险区域和低温冻伤区域的预测提供理论支撑。     

火旋风的三维数值模拟

本文主要通过数值计算的方法来研究火旋风这一火灾过程中特殊的物理现象,通过对已经过验证的火旋风发生物理模型的分析,经过简化和改进,并应用有限体积元法对所得到的一组控制方程进行求解,研究了火旋风内部的温度场分布,以及不同的进气速度对火旋风内部温度场的影响,进而对火旋风的产生过程进行了分析.     

密闭空间中甘薯粉爆炸特性的试验研究

利用20 L球形爆炸测试装置探寻甘薯粉尘在密闭空间内的爆炸特性.测得甘薯粉的爆炸下限质量浓度,研究质量浓度,粒度和点火能量对爆炸猛烈度(最大爆炸压力和最大压力上升速率)以及燃烧特续时间的影响.结果表明:粒径较小时,甘薯粉爆科较猛烈,燃烧持续时间较短;随着质量浓度的增加,燃烧持续时间减少,最大压力上升速率逐渐增大并趋于稳定,而最大爆压呈现先增后减,并且存在一个最佳浓度范围,使粉尘爆炸最猛烈;最大爆压和上升速率随点火能量的增强而增大,较强的点火能量能显著改善低质量浓度粉尘的“爆炸不良”效应.将甘薯粉的爆炸下限质量浓度爆炸猛烈度与锌粉、镁粉和烟煤粉进行对比,发现甘薯粉的爆炸风险远高于烟煤粉和锌粉.     

水蒸气抑制甲烷燃烧和爆炸实验研究与数值计算

在爆炸激波管中对水蒸气抑制甲烷燃烧和爆炸进行较系统的实验研究,并对其抑燃、抑爆化学动力学作用机理进行数值计算分析。结果表明:加入一定量的水蒸气后,可以有效降低CH4-O2混合气体的燃烧速度和爆炸强度;当水蒸气量达到某临界值时,CH4-O2混合气体将不能被点燃。化学动力学数值计算结果表明:在混合气体中加入水蒸气后,增大了甲烷的点火延迟时间,降低了燃烧温度和H,O和OH等高活性自由基的浓度。水蒸气能有效抑制甲烷燃烧和爆炸,其作用效果源于其物理抑制和化学阻化的综合效应。     

浅埋隧道爆破施工对地表建筑物安 全的 试验和数值分析

以沪昆高铁黄鹤堡隧道工程为研究对象,针对地表建筑物受大跨度浅埋隧道爆破开挖震动影响的情况,采用预裂爆破技术保护地表建筑 物的安全。结合爆破震动监测,并利用FLAC3D进行隧道爆破开挖数值模拟,对隧道地表沉降及建筑物所处位置的质点振动速度进行分析,通过 与现场实测数据进行对比发现:采用预裂爆破技术能够显著降低隧道地表质点最大振速,有效保护地表建筑物安全;隧道围岩等级越高,隧道 地表沉降值越小,地表建筑物越安全;数值模拟监测点质点振动速度与现场实测的质点振动速度变化规律基本一致,振动时间少于1s,水平方 向最大振速约为1.5 cm/s,垂直方向最大振速为1.6~1.7 cm/s,最大振速也比较接近。     

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。     

浓度对橡胶粉尘爆炸特性的影响

为了解橡胶粉尘的爆炸危险性,采用20 L球爆炸测试装置对常温常压下、粒径75μm以下的橡胶粉尘在质量浓度50~700 g/m3范围内的爆炸特性进行试验研究,测定其最大爆炸压力及爆炸指数随质量浓度的变化规律,进而对其爆炸危险性程度进行分级。结果表明:橡胶粉尘质量浓度为300 g/m3时,爆炸压力达到最大值0.49MPa;在橡胶粉尘质量浓度为250 g/m3时,爆炸指数达到最大值5.04MPa·m/s,根据ISO 6184粉尘爆炸烈度等级分级标准,其粉尘爆炸危险性分级为St-1级。     

快速密闭时火区热物理参数变化规律的研究

在全尺寸巷道火灾试验中,利用48路全自动数据采集系统,研究了快速密闭条件下火区的燃烧状况及温度和压力变化规律.试验发现,作用在风门上的抽吸力很大,很快降到很小;而燃烧区的温度迅速上升,烟及挥发分的产物迅速增加,氧的相对含量下降,之后燃烧减弱,温度迅速下降;燃烧区高温烟气沿着顶板逆向迁移至密闭墙,使附近的温度迅速上升至293 ℃;快速密闭设施必须要有一定的刚性和耐火特性;对贫氧燃烧,有利于火区的惰化,而对富氧高挥发分燃料火灾,有爆炸的危险;适当减少供风量,截断供风后应及时采取惰化措施.     

球接管容器气体爆炸尺寸效应的试验研究与数值分析

为了解尺寸对球形容器连接管道甲烷-空气混合物爆炸的影响规律,利用Fluent软件,采用κ-ε湍流模型、涡耗散模型(简称EDC模型)、壁面热耗散、热辐射模型及SIMPLE算法,建立了球形容器连接管道内甲烷-空气混合物爆炸的数值模型,对容器与管道内甲烷-空气预混气体爆炸的尺寸效应进行了数值模拟。结果表明:随管道内径增大,球形容器内最大爆炸压力逐渐增大,管道末端最大爆炸压力变化无明显规律;而随管道长度增加,球形容器内最大爆炸压力逐渐减小;改变管道内径,较大体积球形容器内最大爆炸压力均大于较小体积球形容器内最大爆炸压力,最大爆炸压力上升速率的规律则相反,容器体积对管道末端最大爆炸压力的影响无明显规律。     

空调压缩机冷媒爆炸反应特征分析

冷媒与空气的反应特征对空调压缩机安全性有重要影响.本文采用最小自由能原理,分别对两种冷媒R407C和R410A与空气的混合气体的爆炸反应参数进行了数值计算,得到了不同初始压力和不同冷媒含量条件下,混合气体爆炸反应温度和压力,分析了混合气体反应压力条件和爆炸极限范围.结果表明:初始压力低于0.2 MPa时,R407C-空气混合气体和R410A-空气混合气体均不会发生爆炸;初始压力超过0.3 MPa时,混合气体能够发生爆炸,爆炸反应温度和压力随着初始压力的升高而升高;R407C和R410A质量分数分别在34%、35%左右,混合气体反应温度和压力达到最大值.R407C和R410A易燃易爆特征相近;但爆炸范围都比氟利昂(R22)气体宽,即同样的条件下更容易发生爆炸.该计算结果能够为新型冷媒R407C和R410A的安全使用提供一定的依据.     

盾构隧道内大客车人员下车试验及数值模拟研究

为研究盾构隧道火灾时大客车人员构成比例及满载系数对下车时间影响,采用现场试验及Pathfinder数值模拟,分析不同人员构成比例及满载系数下大客车人员下车过程.结果表明:不考虑人员疏散反应时间情况,大客车下车时间为54～68 s,大客车平均下车时间为60.68 s,每位人员平均下车时间为1.22 s;老人下车时间最长,...     

复杂结构隧道火灾烟气逆流与温度分布的数值模拟

隧道结构对火灾具有一定的影响,为了得到大曲率、变坡度复杂结构隧道火灾的烟气特性,依托深圳市某长大公路隧道建设工程,建立隧道模型,利用Star-CD/CCM^+数值模拟软件的烟火向导模块,对不同通风速度下的重型货车火灾进行了模拟研究,分析了不同通风速度下隧道内的纵向温度分布规律。结果表明:火灾热释放速率为30 M W时,无通风条件下,火灾烟气的最高温度位于隧道顶棚下方20 cm处,火源正上方的温度最大达到1190℃,隧道坡度的存在使得火源上游烟气逐渐向下游扩散,下游烟气温度在300 s后保持在500℃以上,该高温会对隧道结构造成一定的损伤;控制烟气逆流的临界风速为4.0 m/s,大于由Wu&Baker经验公式得到的值.表明隧道曲率对流场运动有一定的抑制作用;在该临界风速的作用下,烟气向火源下游扩散,扩散速度为6 m/S,烟气的最高温度降低至550℃,且位置向火源下游偏移6 m。建议火源下游行驶车辆的疏散逃生速度大于6m/s。     

隧道路段逆反射轮廓标设置技术研究

隧道是高速公路事故多发路段,为了提高隧道路段行车安全性,需为驾驶员提供与一般路段相近的视觉环境,以有效减少由隧道行车环境变化引起的驾驶员判断和操作失误,逆反射技术在提高隧道路段驾驶员视觉舒适性方面具有潜力.为了确定隧道路段轮廓标设计方案,利用Smart-Eye Pro 5.7型眼动仪,对隧道路段逆反射轮廓标设置技术进行试验,获得了不同逆反射轮廓标组合方案的驾驶员视觉数据.结果表明,小型车和大型车驾驶员对逆反射轮廓标设置高度的视觉差异性明显,设置高度约为0.4 m的逆反射轮廓标对小型车驾驶员的视觉环境改善效果最佳,相应地,大型车约为1.0m.从控制隧道内明暗变化的闪频出发,轮廓标间距以15 m左右为宜.为满足驾驶员视觉舒适性要求,应将驾驶员瞳孔直径变化率控制在0.396 ～ 1.302mm/s,据此确定小型车适用的轮廓标反光膜为超强级,大型车为工程级.研究成果在G65高速公路木冲隧道的应用使驾驶员瞳孔直径变化率控制在1.302 mm/s以内,并使同期事故减少了51.8％.     

油罐中油气爆炸规律研究

建立了油料储罐油气爆炸模拟实验系统,并在模拟实验的基础上,分析了不同因素对爆炸压力的影响及爆炸产物的分布规律.结果表明,油气浓度、罐内初始温度等对油罐油气混合物爆炸过程有重要影响,且存在临界油气浓度(2.5%)及临界初始温度(306 K),在临界值下,油气爆炸最为剧烈.当油气浓度小于临界浓度时,爆炸产物中CO2浓度高于CO浓度,而大于临界浓度时,爆炸产物中CO2浓度小于CO浓度.本研究可为油料储罐油气爆炸灾害事故的防治及安全规程的制定提供参考.