破碎机锤轴转动对爆炸过程影响的数值模拟

为了研究破碎机内部锤轴转动对爆炸过程的影响,以常见的易燃、易爆气体甲烷作为模型气体,利用数值模拟软件Fluent模拟破碎机内的爆炸。采用滑移网格模型,从爆炸过程中压力变化、火焰扩散效应两个方面研究了锤轴转动对爆炸过程的影响。结果表明:锤轴转动对爆炸产生最大压力的影响可以忽略,但锤轴转速越快,达到最大压力的时间越短,最大压力上升速率越大;锤轴转速越快,破碎机内部气体流动越快,火焰扩散效应越明显,完成爆炸的时间越短。     

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%。     

烟火式气体发生器燃烧过程的数值模拟和试验研究?

建立了理论模型模拟烟火式气体发生器的燃烧过程,基于质量守恒、能量守恒、气体状态方程、气体发生剂的几何燃烧规律以及小孔气体流量规律,还考虑了与过滤网以及壳体的散热损失,获得了数值模拟的内压曲线和压力罐曲线,并与试验结果进行对比分析,证实了模拟结果的准确性。结果表明:燃速压力指数越大,发生器达到最大内压的时间越短,最大压力越高;气体发生剂厚度越小,发生器压力上升越快,最大压力越高,达到最大压力的时间越短;装药量越大,发生器压力上升得越快,最大压力越高,达到最大压力的时间越短;排气孔直径越大,最大压力越小,达到最大压力的时间越长。为烟火式气体发生器的设计提供了理论依据。     

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。     

受限空间内瓦斯爆炸障碍物附近流场结构演化实验研究

为研究受限空间内瓦斯爆炸障碍物附近流场结构演化,通过实验室中尺度激波管道设置压力和火焰传感器以及激光纹影系统,在玻璃视窗处设置阻塞率为21.56％的障碍物,改变障碍物数量,对比不同工况下火焰传播、压力变化、激波运动、流场变化,分析障碍物对受限空间内瓦斯爆炸流场演化影响.实验研究发现:障碍物对于瓦斯爆炸激励效应不可忽视,加入单一障碍物使最大爆炸超压增加32.3％;最大火焰传播速度增加115.4％.在障碍物数量一定时,障碍物对瓦斯爆炸激励效应与障碍物数量呈正相关关系.同时发现障碍物对瓦斯爆炸激励效应主要表现在障碍物周围区间内.激励效应主要机理是障碍物存在增加了障碍物附近湍流强度,使得火焰拉伸形变,增大了火焰锋面面积,加速了化学反应进行.     

100%置障与浓度梯度耦合作用甲烷爆炸激励效应实验研究

以阻塞率100%柔性障碍物及浓度梯度为影响因素,构建甲烷—空气预混爆炸实验模型,设立了6个实验工况,以爆炸压力峰值、火焰传播速度为表征参数,研究置障及浓度梯度耦合作用下爆炸激励效应。结果表明:障碍物数量与浓度梯度叠加造成的激励效应,非常猛烈,实验中出现最大火焰传播速度超过3 Ma,最大压力达到0.27 MPa。同时发现,置障及浓度梯度耦合作用下爆炸火焰波传播区域,较之于均匀浓度条件下,增加1倍。本文有助于矿井巷道内设置风帘等设施下甲烷气体爆炸传播过程特殊现象的研究,为甲烷爆炸事故调查、事故防治、应急救援等提供理论依据。     

锗烷的分解爆炸：爆炸火焰的传播及爆炸极限压力

锗烷的分解爆炸──爆炸火焰的传播及爆炸极限压力堀口贞兹，近藤重雄，浦野洋吉１序言在半导体工业中，使用的气体种类很多，其中有的气体毒性和爆炸危险性很高，处理时必须注意。锗烷（ＧｅＨ４）是其中的一种。在硅系半导体制造中，它被用于ＣＶＤ过程、外延过程、扩散...     

脆性岩石中爆炸扩腔作用的数值模拟及分析

为研究脆性岩石中炸药爆炸后的扩腔过程以及腔壁压力变化特征,运用动力有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,模拟了脆性岩石中爆炸扩腔的动态扩展过程,并对空腔扩展及扩腔过程中质点的速度、位移和压力的变化规律进行了分析。分析得出以下结论:爆轰完成的时间大约为160~170μs,爆炸扩腔经历的时间大约为1224μs,整个爆生气体的最大压力为1.10 GPa。爆炸最终形成的腔体半径是药包等效半径的6.97倍,爆破空腔的体积约为337.71 cm3。由分析得出此次模拟结果与理论相符。     

锥顶钢储罐内部可燃气体爆炸冲击荷载的CFD模拟

钢储罐常用于液化天然气、石油等易燃易爆物的储存,一旦起火爆炸,短时间内将产生极大的爆炸冲击波,造成储罐严重破坏并带来灾难性后果。爆炸冲击荷载的合理确定是钢储罐爆炸破坏分析与安全设计的重要基础。利用计算流体动力学FLUENT软件,基于k-ε湍流模型和EDC燃烧模型,建立了能够模拟储罐内部爆炸流场变化情况的CFD模型,获得了特定位置处的超压时程,与TNT当量模型相比其模拟结果更接近罐内可燃气体爆炸的实际情况。进一步考察了储罐高径比、可燃气体浓度与种类以及初始压力等因素对爆炸冲击荷载的影响。研究表明:储罐高径比越大、罐内初始压力越大、可燃气体活性越高、越接近化学计量比浓度时,气体燃烧反应速度越快,爆炸冲击荷载越大。     

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。     

内部爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力响应研究

对于合理预测内部爆炸荷载作用下复杂结构的动力响应,通常需要用合适的计算方法进行直接的数值模拟。采用了考虑应变率影响的钢筋和混凝土材料的动力本构损伤模型,介绍了用爆炸流体动力学软件预测在封闭空间内发生爆炸情况下结构响应的数值模拟方法。对箱型封闭空间内0．5kg TNT爆炸荷载作用下钢筋混凝土顶板的响应进行了数值模拟研究,展示了钢筋混凝土板从混凝土开裂、钢筋断裂到板整体抛射的动态演变过程,并与试验结果进行了对比分析,内部爆炸荷载压力时程曲线、混凝土的损伤破坏和板的抛射速度与试验结果吻合较好。从中可以发现钢筋对混凝土开裂起主要抑制作用,板的开裂和碎片形成主要受脉冲压力荷载的影响,而板的抛射速度主要受气体压力荷载的控制。     

LPG槽罐车泄漏爆炸数值模拟研究

为研究液化石油气(LPG)泄漏扩散及爆炸的危害及范围,采用Phast程序中的UDM模型对LPG泄漏爆炸进行数值模拟,首先通过事故案例验证Phast程序和UDM模型的可行性,而后分析泄漏孔径、环境因素等对扩散和爆炸影响范围等趋势。结果表明,LPG槽罐车泄漏孔径小,气体流速越小,越容易受到风速和天气情况的影响。孔径增大时,在上风向也有部分热辐射扩散,并且受到风速影响越小,扩散从5 cm椭圆形向下风向扩散,到15 cm近乎为以圆形扩散。喷射火的辐射能量大致呈抛物线形状;随着泄漏孔径的扩大,热辐射的峰值越大,影响范围越远。     

煤矿瓦斯煤尘爆炸的动力学特性研究进展

随着煤炭科技的不断发展，瓦斯煤尘爆炸灾害已成为制约煤炭高效智能化开采的重要因素，严重威胁煤矿的安全生产过程。为了明确瓦斯煤尘爆炸的最新研究进展，为煤矿智能化发展提供有力的安全保障，通过文献研究，从3个方面综合论述了近些年国内外对瓦斯煤尘爆炸的动力学特性研究现状及发展趋势。一是瓦斯煤尘爆炸火焰生成机理研究。二是瓦斯煤尘爆炸火焰演化规律研究。三是瓦斯煤尘爆炸传播关键表征技术。后续研究过程中，应继续深入开展瓦斯爆炸对沉积煤尘诱导机制的研究工作，分析瓦斯爆炸冲击波的扬尘机理以及压力波和火焰作用下的煤尘粒子运动并参与反应的过程，探明不同瓦斯爆炸强度条件下的扬尘区域及煤尘参与爆炸的范围，并建立高精度瓦斯煤尘爆炸反演模型，实现瓦斯煤尘爆炸灾害的有效控制。     

粉状乳化炸药爆炸特性的实验研究

文章研究了粉状乳化炸药的爆炸特性－最大爆炸压力（Ｐｍａｘ）和最大爆炸压力上升速率［（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘ］，考查了各种因素对爆炸特性的影响，并与玉米粉和ＴＮＴ的爆炸行为进行了对比。试验结果表明，粉状乳化炸药与ＴＮＴ相比有着低得多的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率。从火焰传播机理看，粉状乳化炸药更象非自供氧的玉米粉尘。     

顶部点火下甲烷-空气预混泄爆特性研究

利用自主设计和搭建的1 m³矩形泄爆系统，开展了顶部点火条件下7%～13%浓度范围的甲烷-空气预混气体泄爆实验，研究甲烷浓度对泄爆过程中火焰演化和内部超压特性的影响规律，并结合压力时程曲线和火焰演化图像等进行机制分析，研究结果表明：浓度对甲烷-空气预混气体的泄爆特性有显著影响，在特定甲烷浓度下，容器内部超压出现双峰现象，在各浓度下均出现压力峰值P₁,而压力峰值P₂仅在浓度为9%出现。各浓度均出现的第一压力峰值P₁随着浓度的增加呈现先增大后减小的趋势，而该峰值出现时间的变化趋势却与之相反，两者均在甲烷浓度10%下取得极值。这一现象主要由初始火焰传播、外部爆炸、亥姆霍兹振荡和泰勒不稳定性等因素综合影响形成。仅在甲烷浓度9%出现由火焰与声波耦合作用诱发产生的声学峰值P₂,该峰值远大于压力峰值P₁;其主要由火焰和声压的相互促进与扰动触发热声耦合作用影响形成。火焰向下传播速度随浓度呈先增加后减小的趋势，在甲烷浓度10%时达到最大值，且稍富燃状态下燃烧速度总体较快。     

室内燃气爆炸冲击波的特性及传播规律

利用显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,基于流固耦合方法分析可燃气体在室内爆炸冲击波的特性及对结构的作用。利用ANSYS建立有限元建模,燃气混合气体及空气采用欧拉网格,采用多物质ALE算法。分析可燃气体与空气的体积比、体积及爆炸泄压部位等改变时对爆炸冲击波的影响,选取9种工况进行数值分析。分析结果表明:当可燃气体与空气的体积比为9.5%时,产生爆炸冲击波压力最大。利用流固耦合的方法能很好地模拟爆炸冲击波的传播规律及对结构作用的过程。燃气在封闭空间里爆炸时,合理设置泄压口,能一定程度地减小爆炸冲击波对结构的破坏作用。     

室内爆炸超压荷载简化模型

美国UFC规范计算室内爆炸荷载时假设爆炸荷载在整个空间均匀分布,但由于壁面的限制作用,真实室内爆炸的压力场并不均匀。该文利用非线性显式动力分析程序AUTODYN的Remap技术对室内爆炸进行模拟,研究了壁面爆炸荷载的分布规律;依据壁面爆炸超压时程曲线特点及其峰值超压分布,对爆炸荷载作用区域进行划分,并提出了各区域爆炸荷载典型参数—峰值超压、冲击波作用时间、准静态峰值气体压力及吹降时间的计算式,建立了室内爆炸荷载简化模型,并进一步研究了爆源高度和房间尺寸对荷载简化模型的影响。结果表明:室内爆炸下壁面不同区域爆炸荷载的分布形式及计算方法不同,拟合得到了各区域爆炸荷载的简化计算式;爆源高度及房间尺寸对峰值超压影响较大,对冲击波冲量影响较小。     

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℃。     

拱顶钢储罐内部蒸气云爆炸冲击荷载的数值模拟

利用TNT当量模型模拟储罐内部的蒸气云爆炸,对拱顶钢储罐内部爆炸流场和壁面爆炸冲击荷载进行数值模拟。首先将储罐壁面视为刚性,系统考察拱顶罐在各种不同工况下的爆炸流场及壁面反射冲击荷载分布情况;然后进一步考察爆炸流场与罐壁之间的耦合效应对爆炸冲击荷载的影响。研究表明：储罐壁面爆炸冲击荷载最大值出现在顶盖中心区域,且往往出现在第2个波形峰值位置,而壁面其他位置的冲击荷载最大值一般出现在第1个反射超压峰值位置;爆炸流场和容器壁面间的耦合效应对内部爆炸冲击荷载的影响不大,计算分析时可近似采用非耦合模型。     

基于量纲分析的爆炸冲击波效应靶模型分析与实验研究

针对传统的冲击波压力电测法易受爆炸场寄生效应干扰问题,提出基于效应靶塑性变形的爆炸冲击波压力评定方法。由于效应靶理论模型复杂、参数较多,利用量纲分析方法简化模型获得爆炸冲击波压力作用的效应靶最大挠度与炸药TNT当量、炸高及炸距之关系,并建立冲击波压力作用的效应靶最大挠度计算模型;设计100 kg、60 kg、20 kg 三种标准TNT爆炸的立靶、平靶实验,用回归分析法获得二者经验模型系数。结果表明,立靶与平靶两种结构效应靶最大挠度实验结果与经验模型计算结果误差分别优于3.59%及3.33%。该研究可指导战斗部冲击波压力评估,进而减少爆炸实验量。