球形连通容器内可燃气体爆炸过程的数值模拟

为研究连通容器内气体爆炸规律,采用流体力学软件Fluent对球形连通容器内预混气体爆炸过程进行模拟,分析了不同管道长度和传爆方向条件下连通容器内压力和中心轴线上的速度变化。结果表明:随连接管长增加,连通容器内压力峰值更高,连通容器在压力稳定阶段保持的压力更小;较之小容器中心点火、大容器中心点火连通容器内压力迅速上升期及达到压力峰值的时间更迟,连通容器内的压力峰值更高,不同传爆方向时,传爆容器内的压力都先于起爆容器达到一个极值;火焰进入传爆容器后,轴线速度得到极大提高,最大值出现在管道内靠近传爆容器的接合处,可燃气体基本燃烧完时,连通容器轴线速度随连接管长增加下降更慢。     

大尺寸坑道气体爆炸试验状态控制数值仿真

真实管廊尺寸或大尺寸气体爆炸试验是研究城市管廊气体泄漏爆炸事故最直接有效的方法,为使该类试验的设计更加科学有效,通过对坑道甲烷气体泄漏爆炸试验进行等尺寸的数值仿真,探究了坑道内甲烷气体泄漏及静置过程中甲烷分布的时空规律,提出了相关参数,以有效地定量表征三维空间内甲烷气体分布的不均匀程度,并研究了坑道内甲烷气体分布的不均匀程度控制方式,以及其对气体爆炸燃爆参数的影响.     

柱形连通容器内预混气体爆炸过程的火焰传播模拟

为研究连通容器内气体爆炸规律,采用Fluent(经典流体动力学软件)对柱形连通容器内预混气体爆炸过程进行模拟,模拟了不同点火位置和火焰传播方向条件下连通容器内火焰传播过程和压力变化,并分析了连通容器内不同时刻的速度场.结果表明:火焰面在传播过程中并非完全对称,当火焰到达传爆容器后,湍流燃烧剧烈,火焰不规则变形显著;端面点火后在传爆容器内产生的压力峰值和压力波动比中心点火时更大;当起爆容器为大容器时,传爆容器内气体预压缩程度更大,压力峰值更高.     

连通容器中不同连通管径爆炸数值模拟分析

连通容器爆炸,连通管道在火焰传播和湍流加速中起着重要作用。通过对球形连通容器中不同连通管径爆炸进行数值模拟,分析不同管径对连通容器爆炸压力和流场的影响。研究表明,连通容器在不同连通管道内径下,最大爆炸压力基本一致,但在一定范围内,管径越小,容器的压力上升速率越高,火焰传播速度越快,连通容器的压力振荡越剧烈;传爆容器爆炸产生的反流对起爆容器压力的增加越明显;当管径增加到一定值时,连通容器间的压力变化趋于一致。     

障碍物对采用泄爆管泄放气体爆炸影响的数值模拟

采用k-ε湍流模型和漩涡耗散概念模型(EDC)建立了泄爆管泄放气体爆炸的模型,并模拟容器内置障碍物时泄爆管泄放气体爆炸火焰的传播过程,分析了障碍物形状、阻塞率、位置、个数对超压(pred)和压力上升速率的影响.结果表明:障碍物的出现导致燃烧速度和pred上升,正方形障碍物导致的爆炸后果最严重;增加障碍物个数或增大障碍物阻塞率均可增加超压和燃烧速度;障碍物置于容器中心,爆炸后果较强,而靠近点火源或泄爆口,后果有所减弱.     

废金属破碎机内可燃气体爆炸的数值模拟

利用计算流体动力学软件Fluent,对废金属破碎机内可燃气体的爆炸过程进行了数值模拟,研究了不同初始温度和压力条件下甲烷气体爆炸的温度、压力发展情况。结果表明:随着爆炸过程中初始温度的增加,爆炸温度略有上升,但增幅小于初始温度增幅,爆炸压力则出现明显下降;随着初始压力增加,爆炸温度变化不大,爆炸压力和压力上升速率则出现明显上升,且爆炸压力和初始压力近似成线性关系。     

连通容器内预混气体爆炸过程的实验研究

对连通容器内预混气体爆炸过程进行实验研究,具有重要的科研和实用价值.本文通过实验室内自制的实验仪器,详细研究了不同的点火位置、初始压力、初始浓度对连通容器内预混气体爆炸压力的影响.得出了在大容器中点火,会引起更大的爆炸压力.压力上升速率也增大很快;初始浓度对连通容器内预混气体爆炸的影响基本与单个容器中的影响一致.当初始压力增大时,连通容器的爆炸压力也随着一起增大,而且小容器比大容器增加更快.因而,在工业中,最有效的方法是隔爆,在容器和管道接口设置隔离装置,使爆炸不能通过管道传播.     

钢结构危险品储柜内不同气体对爆炸超压影响的数值模拟研究

随着社会经济发展,钢结构危险品储柜越来越多地运用于危险品运输、储存过程。危险品储柜发生火灾爆炸事故主要是由于其内部存在达到爆炸极限的可燃气体并遇到点火源而引发。运用FLACS数值模拟软件对危险品储柜内不同种类可燃气体爆炸进行数值模拟研究。研究表明：不同化学性质的活泼气体在钢结构储柜内部爆炸的荷载呈现升压时间短、峰值大的现象,气体的活泼性质显著影响着荷载的大小。     

密闭受限空间可燃气体爆炸特性数值模拟研究

密闭受限空间中可燃气体的爆炸研究对于石油及天然气工业的安全生产具有重要意义.以RNG湍流模型及EBU-Arrehnius燃烧模型为基础,建立了可燃气体单步化学反应湍流爆炸模型,以有限体积法求解爆炸流动及反应控制方程,从而对二维受限空间中可燃气体爆炸的过程及规律进行了数值模拟,模拟结果与实验数据有着较好的吻合性.所做的工作为受限空间中可燃气体爆炸特性及规律的进一步研究及工业防爆抑爆技术的工艺实施、系统设计和关键参数计算提供了理论依据.     

加气站压缩机间气体爆炸数值模拟研究

加气站压缩机间安全设计时,需要评估内部气体爆炸危害,确定爆炸能量和影响因素。采用CFD技术,建立加气站压缩机间三维模型,模拟不同点火源位置、泄压板不同泄压压力和重量下,压缩机间气体爆炸时的爆炸压力及火焰传播行为。结果表明点火源位置以及泄压参数是影响加气站压缩机间气体爆炸的重要因素;点火源位置距离压缩机间放空位置越近,爆炸压力越小;对于泄压参数,爆炸压力与泄压板开启压力和重量之间均为正比关系。为减缓压缩机间内的气体爆炸危害,需要合理布置点火源位置,选择容重轻、泄压压力小的泄压材料,并同时需要考虑爆炸导致的物体破碎危害以及火焰次生灾害。     

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。     

Experimental investigation of gas explosion in single vessel and connected vessels

Gas explosion in connected vessels usually leads to high pressure and high rate of pressure increase which the vessels and pipes can not tolerate. Severe human casualties and property losses may occur due to the variation characteristics of gas explosion pressure in connected vessels. To determine gas explosion strength, an experimental testing system for methane and air mixture explosion in a single vessel, in a single vessel connected a pipe and in connected vessels has been set up. The experiment apparatus consisted of two spherical vessels of 350 mm and 600 mm in diameter, three connecting pipes of 89 mm in diameter and 6 m in length. First, the results of gas explosion pressure in a single vessel and connected vessels were compared and analyzed. And then the development of gas explosion, its changing characteristics and relevant influencing factors were analyzed. When gas explosion occurs in a single vessel, the maximum explosion pressure and pressure growth rate with ignition at the center of a spherical vessel are higher than those with ignition on the inner-wall of the vessel. In conclusion, besides ignition source on the inner wall, the ignition source at the center of the vessels must be avoided to reduce the damage level. When the gas mixture is ignited in the large vessel, the maximum explosion pressure and explosion pressure rising rate in the small vessel raise. And the maximum explosion pressure and pressure rising rate in connected vessels are higher than those in the single containment vessel. So whenever possible, some isolation techniques, such as fast-acting valves, rotary valves, etc., might be applied to reduce explosion strength in the integrated system. However, when the gas mixture is ignited in the small vessel, the maximum explosion pressures in the large vessel and in the small vessel both decrease. Moreover, the explosion pressure is lower than that in the single vessel. When gas explosion happens in a single vessel connected to a pipe, the maximum explosion pressure occurs at the end of the pipe if the gas mixture is ignited in the spherical vessel. Therefore, installing a pipe into the system can reduce the maximum explosion pressure, but it also causes the explosion pressure growth rate to increase.     

瓦斯爆炸过程中火焰传播的实验与数值模拟研究

为了研究矿井瓦斯爆炸火焰发展过程中结构与参数的动态变化特征,建立小尺寸管道气体爆炸实验平台,结合高速纹影摄影技术,探测了不同浓度的甲烷-空气预混气体火焰在管道内传播的结构变化特性,并得出速度变化特征曲线。同时建立相应的数学模型和物理模型,通过模拟实验研究管道内气体爆炸反应过程中火焰传播速度变化过程,计算图像和实验图像走向趋向一致。     

连通容器气体密闭爆炸与泄爆过程的实验研究

利用球型容器与管道组合,开展连通容器气体爆炸与泄爆实验,分析连通条件下,火焰在管道中的传播过程及其对起爆容器和传爆容器的压力影响。实验结果表明:连通容器气体爆炸中,火焰从起爆容器到传爆容器传播经历了一段不断加速,但加速度不断减小的过程;泄爆过程中,火焰传播过程与密闭爆炸时基本一致。管道中火焰加速传播,使得传爆容器的爆炸压力和强度相较于作为起爆容器时均明显增加,危险更大,采用与起爆容器相同的泄爆面积,无法满足对连通容器中传爆容器的泄爆。同时,泄爆是一个快速的能量泄放过程应选择合理的泄爆方式,防止二次危害。     

Experimental study on gas explosion and venting process in interconnected vessels

A pilot scale interconnected vessels experiment system was established, and the closed and vented gas explosion characteristics in the system were studied, using 10% methane–air mixture. Regularity of pressure variation in vessels and flame propagation in linked pipes was analyzed. Furthermore, the effects of transmission style, ignition position, pipe length, and initial pressure on explosion severity were discussed. For the closed explosion: explosion in interconnected vessels presents strongly destructive power to secondary vessel, especially transmission from the big vessel to the small one; the worst ignition position is shifting from ignition in the interconnected pipe to the walls of the two vessels; as far as ignition in big vessel is concerned, the peak pressure in secondary vessel increases with the pipe length much faster than that for ignition in small vessel; the peak pressures in two vessels are approximate linear functions of initial pressure. For the vented explosion: the transmission style and interconnected pipe length have significant impacts on the effect of venting on the protection; in order to obtain the better venting effect, the use of a divergent interconnected pipe from the big vessel to the small one in industry is advised and it is necessary to reduce the interconnected pipe length as far as possible or install flame arrester in the interconnected pipe.     

管道内瓦斯爆炸温度与压力峰值试验研究

为分析瓦斯爆炸的火焰温度及压力峰值在管道中的传播规律,采用瓦斯管网爆炸测试系统进行试验,通过爆炸压力和爆炸火焰温度采集系统采集数据。在相同点火能量和点火位置的条件下,分析了体积分数对瓦斯爆炸的温度峰值和压力峰值的影响,及温度峰值和压力峰值随管道距离的变化规律。结果表明:当瓦斯体积分数低于9.5%时,温度峰值和压力峰值随瓦斯体积分数增大而增大;同一体积分数下,温度峰值最大值出现在最接近爆源的位置,并呈逐渐下降的趋势,接近爆源的温度峰值下降较明显,随管道延长,温度峰值的下降减慢且趋于平缓;温度峰值与传播距离近似呈三次函数关系;冲击波压力峰值随管道传播呈先上升后下降再上升的波动性变化。     

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。     

Prediction of the relief of gas explosion in a tubular vessel by venting using a mathematical model

The relief of a gas explosion in a tubular vessel by venting can be predicted by using a mathematical model. In this model, the flame acceleration is represented by an increase in the burning velocity. The movement of a vent cover can be included. The model assumes that the vent is blocked by the vent cover prior to the explosion. the venting ratio was the most influential parameter in terms of relieving the pressure. In the case of a large venting ratio, the flame acceleration made a highly significant contribution, whereas for small venting ratios, the weight of the vent cover contributed to the relief more than the flame acceleration. When the pressure is required to be reduced significantly, the venting ratio, the vent open pressure and the weight of the vent cover must all be reduced.