障碍物对可燃气云爆燃冲量的加强机制

在面积为2000 m的实验基地;针对半球条栅型障碍物对半球形气云爆燃冲量场的影响进行了实验研究。可燃介质是13.3%(体积)的乙炔-空气混合气体;气云由0.02 mm的聚乙烯薄膜约束;利用数据采集系统记录爆燃压力-时间曲线;通过编制程序计算观测点的冲量。对正、负冲量与障碍物的半径、空隙率的关系以及爆燃场的冲量分布进行了分析。结果表明：障碍物的存在极大地提高了爆燃冲量;在该工况下的气云爆炸正负冲量场近似余弦分布;障碍物半径越大、空隙率越低;爆燃正负冲量越大。     

筛孔障碍物对半球气云爆燃压力增长机制的影响

在体积为2000m³的实验基地,进行了半球面筛孔形障碍物对半球形气云爆燃压力的增长机制影响的实验研究。可燃介质是浓度为7.8%的半球形乙炔-空气混合气云,气云内置半球面筛孔形障碍物,爆燃压力由精度为0.5级、动态响应时间小于1ms的压力变送器感受,点火装置为符合国际标准ISO6184 “Explosion Protection System" 和美国标准NFPA68Guide For Venting of Deflagrations"的电火花点火。火焰传播过程的图像记录显示,爆燃火焰在遇到障碍物之前基本上以球面向外扩展,经过障碍物后会发生显著扭曲和折叠,燃烧速率增大。压力场测试结果表明,障碍物孔隙率越小、半径越大、层数越多,爆燃压力就越高。     

《化工学报》2004年第55卷第2期目次

热力学　应用平均球近似理论计算锂盐有机溶液电导率传递现象　筛孔障碍物对半球气云爆燃压力增长机制影响的实验研究　气波管内波系影响因素的实验研究与数值模拟　水平气液混输管道清管操作试验与数值模拟技术　平行流分隔板管壳式换热器壳侧流场与传热性能　啮合同向三螺杆挤出机中三维等温流动的数值模拟　高压下Mellapak 35 0Y型波纹规整填料性能多相流　快速流化床提升管中气固流动行为的非线性分析　翼型组合桨持气特性的实验研究及数据关联方法　喷动床环隙区内颗粒流的数学模型和仿真　喷动床内气固两相流体动力行为的数值模拟催…     

氯气泄漏扩散影响因素的数值模拟研究

基于FLUENT的物质传输模型建立氯气泄漏扩散模型,针对不同泄漏速率、外界风速、障碍物类型等对氯气泄漏扩散进行数值模拟.结果表明,泄漏速率较大时,重气效应明显增大,下风向形成的高浓度区增大;外界风速对重气扩散浓度和扩散危险性区域有很大影响,风速较大时,重气云在下风向的扩散速率增大,在水平侧风向的扩散速率减小,在泄漏源和障碍物附近的停留时间减少,形成的危险区域较小;不同的地表条件是影响重气扩散的重要因素.     

可燃气体云爆燃实验

<正>开敞空间蒸气云爆炸(Unconfined Vapor Cloud Explosions)会导致巨大的财产损失和人员伤亡.因此,对开敞空间蒸气云爆炸的爆炸威力进行定量分析,了解其破坏模式,提出防灾减灾措施,是十分必要和有意义的.开敞空间中的蒸气云爆炸大多为爆燃现象,可燃气体云爆燃场是一种非理想爆源所产生的爆炸场.对这种爆燃场进行的实验研究,国外已有报道,如Layer等人的肥皂泡技术(规模较小)及Lind和Strehlow采用聚乙烯薄膜作为限制物(较大规模)的实验研究.国内尚无此类报道.本文对可燃气体爆燃场进行了中、小规模的实验研究.采用可燃气体与空气的近化学计量比混合物,气体用聚乙烯薄膜限制成半球形状,其直径D分别为1、2和3m不等,点火后对各测点的压力用高速、多通道数据采集系统进行数据采集.本实验的结果可以用来验证理论方法,也可以为进一步的研究提供参照的依据.     

可燃气云爆炸的试验研究现状及发展趋势

对国内外可燃气云爆炸的试验研究进行了回顾，阐述了障碍物在可燃气云爆炸过程中的影响。障碍物的阻塞作用引起湍流，湍流促进火焰加速，增大爆炸压力，正是这种正反馈作用使可燃气云爆炸的破坏威力大大增强。同时讨论了已有理论分析方法和数值模拟方法的应用，分析了可燃气云爆炸研究的发展趋势。     

聚乙烯薄膜对可燃气云爆炸影响的实验研究与数值模拟

聚乙烯薄膜作为约束物，对可燃气云爆炸有着重要的影响.采用7.8%的乙炔/空气混合气进行了实验研究，薄膜厚度分别为0.02、0.04 mm和0.06 mm，层数为1～4层.结果显示，当采用单层厚度0.02 mm的薄膜时，半径0.5 m的半球形气云爆炸可产生2.410 kPa的最大超压;厚度0.06 mm时，最大超压达到3.642 kPa;薄膜层数为4层时，最大超压上升到13.125 kPa.建立了描述气云爆炸的理论模型，模型考虑了薄膜强度、层数对爆炸的影响，采用SIMPLE算法进行了数值求解.计算结果与实验值相比较，最大相对偏差14.8%，平均相对偏差4.73%.提出的方法对有弱约束物存在时，气云爆炸的灾害预测具有重要的指导意义.     

基于小扰动波理论的开敞空间可燃气云爆燃研究

针对开敞空间可燃气云爆燃 (简称为UVCES)过程所产生的爆燃波为亚音速传播特点 ,对开敞空间可燃气云爆燃场进行数学求解。其中求解建立在小扰动波理论基础上 ,即从理想可压缩流体介质的基本运动规律出发 ,导出弱扰动情况下的波动方程并对球形坐标系下的波动方程进行积分求解 ,得到了具有普适意义的UVCES定性解。最后用中、小气量可燃气云 (乙炔 空气混合形成的非理想爆源 )进行爆燃实验 ,结果表明理论与实验吻合得很好。     

小尺度受限空间内瓦斯湍流爆燃大涡模拟

构建了150 mm × 150 mm × 500 mm小尺度受限空间三维模型,基于火焰表面密度模型和Charlette湍流燃烧模型,对两侧连续障碍物条件下瓦斯爆燃火焰与湍流耦合过程进行了大涡模拟(LES)。模拟结果均与实验结果进行了比较。结果表明:大涡模拟可以很好预测瓦斯爆燃过程中的火焰结构、火焰锋面位置、火焰传播速度及超压,验证了大涡模拟及湍流燃烧模型对于瓦斯爆燃的适用性。此外,通过Karlovitz数定量描述了瓦斯爆燃火焰与湍流之间的相互作用及其变化规律,并对不同时刻的火焰模态进行了判别,在两侧连续障碍物条件下瓦斯湍流爆燃火焰先后经历波纹小火焰和薄反应区两种模态。     

小尺度受限空间内瓦斯湍流爆燃大涡模拟

构建了150 mm×150 mm×500 mm小尺度受限空间三维模型,基于火焰表面密度模型和Charlette湍流燃烧模型,对两侧连续障碍物条件下瓦斯爆燃火焰与湍流耦合过程进行了大涡模拟(LES)。模拟结果均与实验结果进行了比较。结果表明:大涡模拟可以很好预测瓦斯爆燃过程中的火焰结构、火焰锋面位置、火焰传播速度及超压,验证了大涡模拟及湍流燃烧模型对于瓦斯爆燃的适用性。此外,通过Karlovitz数定量描述了瓦斯爆燃火焰与湍流之间的相互作用及其变化规律,并对不同时刻的火焰模态进行了判别,在两侧连续障碍物条件下瓦斯湍流爆燃火焰先后经历波纹小火焰和薄反应区两种模态。     

无约束气云弱点火爆炸压力实验研究

引　言在可燃气体的输送、贮存、加工和使用过程中由可燃气体泄漏而形成的气云爆炸已给人类社会造成了巨大的人员伤亡和财产损失 ,近年来发生在我国的几起重大气云爆炸事故无不令人触目惊心 ,可见研究气云爆炸成灾模式及防治技术具有重要的社会和经济意义 .要防治可燃气云爆炸给社会造成的巨大灾难 ,首先就要掌握气云爆炸的强度 .关于可燃气云爆炸的研究可分为两大类 :一类是针对军事领域研究由炸药点燃气云从而形成爆轰波的过程[1,2 ] ;另一类是针对工业领域研究弱点火 (通常指点火能量小于10 0Ｊ)条件下的工业气云的爆炸过程[3～ 5] ,这正…     

开敞空间蒸气云爆炸压力的实验研究

An experimental system was setup to study the pressure field of unconfined vapor cloud explosions.The semi-spherical vapor clouds were formed by slotted 0.02mm polyethylene film.In the Center of the cloud was an ignition electrode that met ISO6164“Explosion protection System“ and NFPA68 “Guide for Venting of Deflagrations“. A data-acquisition system,with dymame responding time less than 0.001s with 0.5% accuracy,recorded the pressure-time diagram of acetylene-air mixture explosion with stoichiometrical ratio.The initial cloud diameters varied from 60cm to 300cm.Based on the analysis of experimental data,the quantitative relationship is obtained for the cloud explosion pressure,the cloud radius and the distance from ignition point .Present results provide a useful way to evaluate the building damage caused by unconfined vapor cloud explosions and to determine the indispensable explosion grade in the application of multi-energy model.     

开敞空间可燃气云爆炸的数值模拟与实验研究

基于改进的Bakke-Hjertager燃烧模型与相应的控制方程,建立了描述可燃气云爆炸的理论模型。采用SIMPLE算法,对气云爆炸场进行了数值模拟。以0．02mm厚度的聚乙烯薄膜为约束物,进行了半球形乙炔／空气预混气云爆炸实验。实验分别在0．5、0．75、1、1．25m4个气云半径下进行,数据采集系统记录了超压分布。计算超压与实验值相比较,最大偏差为11．9％,平均偏差为4．14％。结果表明,本文方法可以用来预测可燃气云爆炸强度。     

Estimation of the Fireball Size in an Ethyne–Air Cloud Explosion

A gas explosion accident is often followed by a serious fire. In order to effectively prevent fire induced by a gas explosion accident, it is necessary to have some knowledge of the related explosion processes. The subject of the present study is to examine deflagration behaviors beyond the original cloud of the ethyne–air mixture and the fireball size in an ethyne–air explosion by means of numerical simulations. The explosion overpressure, flow velocity, and reaction rate distribution in an ethyne–air explosion are obtained. The peak explosion overpressure is found to reach its maximum beyond the original cloud for ethyne–air mixtures with ethyne concentrations greater than 13% (by volume). The explosion pressures beyond the original cloud may be higher than those within the cloud for these ethyne–air mixtures. The ratio of the combustion range to that of the original cloud is 1.4–2.7 in the radial direction on the ground and 1.5–4.0 along the axis of symmetry perpendicular to the ground.     

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。结果显示,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。     

基于可见蒸汽云对LNG喷射泄漏爆炸下限区域的预测

喷射泄漏在LNG泄漏事故中比较常见,由于其蒸汽本身无色无味,难从感观上判断其泄漏扩散范围。但由于其温度低,喷射泄漏会使周边环境空气中水蒸气液化成可见蒸汽云。通过建立LNG喷射泄漏计算流体力学模型,对不同环境条件和喷射速度下的扩散情形进行数值模拟,得到了LNG泄漏扩散区域的温度场和浓度场。根据环境条件和温度场分布,得到了可见蒸汽云区域范围,并总结出可见蒸汽云区域范围与爆炸下限区域范围的关系。喷射泄漏发生时,可以为预测爆炸下限区域范围,划定安全隔离范围和消防救援提供帮助。     

圆柱形可燃气云爆炸实验研究与数值模拟

与半球形可燃气云模型相比,圆柱形模型更接近于气云爆炸事故的实际情况。进行了乙炔浓度7.75%、气云体积0.26m³的圆柱形可燃气云爆炸实验,记录了距气云中心1.2 m与1.6 m两点的爆炸超压。建立了描述气云爆炸的理论模型,采用SIMPLE算法编制了计算程序。计算结果经实验数据考核,最大与平均相对偏差分别 为18.3%与5.4%,证实程序满足气云爆炸模拟与预测的要求。研究结果显示：爆炸流场不具备球形对称的性质,爆炸超压与火焰传播方向有关,当气云高径比0.2时,沿地面方向的最大超压可达垂直方向的3.3倍;气云体积不变而形状变化时,爆炸强度随着高径比的增大而增大,高径比1.0时的最大超压可达高径比0.1时的3.1倍;气云高径比降低时,火焰传播距离增大,燃烧时间增长,气云释能速率下降,因此爆炸超压降低。研究结果对可燃气云爆炸灾害的预测具有一定的指导意义。     

气云形状对无约束气云爆炸温度场的影响

In order to analyze the influence of vapor cloud shape on temperature field effect of unconfined vapor cloud explosion (UVCE) and obtain creditable prediction method of explosion temperature effect, the transient temperature fields of cylindrical and hemispherical UVCEs with same methane concentration and mass were numerically studied by computational fluid dynamics (CFD) technology. According to numerical simulation results, the concepts of UVCE’s temperature-near-field and temperature-far-field were proposed, the corresponding ranges were given, and the temperature attenuation laws and differences in corresponding regions with different vapor cloud shapes were presented. Through comparing with Baker fireball model, the accuracy and visualizability in acquisition of entire temperature effect based on numerical simulation were further validated. The functional relations among maximum temperature, horizontal distance, initial temperature and vapor cloud mass in temperature-near-field and temperature-far-field were deduced by means of data fitting, respectively. These conclusions provided quantitative basis for forecast and protection of UVCE disaster.     

Focusing of Shock Waves Upon Explosion of Annular Charges in Air

The pressure field near the focus and at the axis of an annular charge for the case of its explosion in air is studied experimentally; the detonation is initiated at one point of the ring and propagates simultaneously along its two sides. It is found that, for different ways of detonation propagation, the pressure in the shockwave front at the axis of annular charges is almost identical at distances greater than three radii of the ring. At distances up to two radii from the plane of the annular charge, the pressure at the focus center is much greater than the pressure at the charge axis.