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。     

石油天然气站场总平面布置对蒸汽云爆炸的防范措施

蒸气云爆炸(VCE:VAPOR CLOUD EXPLOSION)是石油企业中常见的爆炸形式,一般起因于轻烃或其它可燃物质的泄漏,可燃气体与空气混合形成爆炸性蒸气云,在生产设备紧凑布置的拥挤空间内,遇明火后由爆燃(火焰阵面以亚音速推进)发展为爆轰(火焰阵面以超音速推进),形成蒸气云爆炸。在以往的石油天然气站场总图设计中,多数情况下安全距离的设置只考虑防火安全距离的要求,对于防爆没有可以执行的明确规定,在实际生产中发生多起蒸汽云爆炸事故,造成重大人员伤亡和财产损失。本文通过对蒸汽云爆炸进行计算分析,对石油天然气站场总平面布置对蒸汽云爆炸事故防范措施进行研究。     

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。     

乙醚蒸气爆炸特性数值研究

以湍流燃烧理论和CFD模拟技术为基础,对爆炸过程采用EBU-Arrhenius模型,压力与速度的耦合采用SIMPLCE算法,研究了乙醚蒸气在反应釜中气体爆炸传播过程中火焰及冲击波的传播规律和可燃液体蒸气爆炸的相关特性,验证了密闭空间中乙醚蒸气爆炸方式为爆燃,模拟过程能够较为清楚地反映可燃液体蒸气的爆炸过程,得到的爆温和爆压与理论值相近。所做工作能为可燃蒸气爆炸强度的评价提供一个良好的途径与思路,为进一步使用CFD数值模拟手段分析工业灾害中的问题提供一些帮助。     

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。     

浅谈粉尘爆炸实验装置的主体部分设计

在对管道内粉尘爆炸的特性理论研究的基础上,设计了一套80mm×80mm、长5m的长方体可燃粉尘爆炸实验管道,其为粉尘爆炸实验装置的主体部分。粉尘爆炸实验装置的主体部分包括管道进气口、空气压缩机、实验管道主体部分(点火区,观察区,灭火区)、传感器、管道出气口、送风机,扬尘喷管、燃爆测定系统控制仪、可燃粉尘质量、速度传感器、动态数据采集分析仪和爆炸的点火装置。对粉尘爆炸实验装置的主体部分的设计有利于研究可燃粉尘在管道中的爆燃转爆轰(DDT)过程、压力变化过程等,也有利于可燃粉尘在管道中的爆炸研究。     

蒸气云火灾爆炸模型模拟计算软件的开发与应用

重大事故后果分析,最重要的是可燃气体泄漏引起的开放空间蒸气云爆炸。本文结合研究成果,介绍了蒸气云火灾爆炸模型,并在此基础上开发了蒸气云火灾爆炸模型模拟计算软件,将编制的程序用于化工生产中的氢气场所,应用表明,本软件能够对蒸气云的后果（危险区域范围、人员伤亡和经济损失等）进行定量的模拟计算。     

预测开敞空间蒸气云爆炸强度的CFD模型综述

从气体爆炸过程的控制方程出发 ,介绍了几种典型的预测开敞空间蒸气云爆炸 (UVCEs)强度的 CFD模型 ,讨论了它们的异同点 ,评述了它们在实际应用中的优越性和局限性 ,并分析了发展趋势。     

LDPE 装置粒料分析仓爆炸原因分析及对策

分析了低密度聚乙烯装置产品粒料分析仓爆燃与爆炸的原因。采取了减少分析仓内可燃气体及静电的积聚、降低分析仓内粉尘浓度等预防措施。控制分析仓内可燃气体的质量分数小于或等于0．5％、氧的体积分数低于7％,并完善静电消除措旌,使产品分析仓爆燃与爆炸事故降低。     

可燃气体云爆燃场数值模拟

采用自相似解和ＴＶＤ格式相结合的方法对二维轴对称开敞空间可燃气云的爆燃场进行了数值模拟。模拟计算得出的爆燃时间 压力曲线与实验结果吻合得相当好     

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。     

点火方式对受限空间油气爆燃规律的影响

通过可视化和数据分析方法,针对电火花、突遇高温热壁、直接加热热源和持续加热热壁4种常见的点火方式,对油气在受限空间的整个爆燃过程进行了对比分析。不同点火方式下油气爆燃的起燃条件、起燃速度、火焰结构、火焰颜色存在很大的区别,并进行了细节分析。尽管油气在受限空间的爆燃过程都呈现出4个阶段,但火焰颜色、持续时间对不同的点火方式是不同的。通过对最大爆炸超压和超压典型曲线的分析,最大爆炸超压由大到小的点火方式依次是突遇高温热壁、电火花、直接加热热源和持续加热热壁,并分析了受限空间中超压曲线的典型特征。     

破坏压力对含有弱顶面受限空间内油气爆燃超压荷载的影响

基于实验研究了静态破坏压力（p_ST）对含有弱顶面受限空间内油气爆燃超压荷载的影响，实验结果显示：不同p_ST下超压时序曲线分为4种类型，超压峰值包括破膜峰值（Δp₁）、泄流峰值（Δp₂）、外部爆燃峰值（Δp₃）和局部不稳定燃烧峰值（Δp₄）。当0≤p_ST≤2.5 kPa时，内部的最大峰值为Δp₃；而当5 kPa≤p_ST≤30 kPa时，内部的最大峰值为Δp₁。对于受限空间外部，最大峰值均为Δp₃。当2.5 kPa≤p_ST≤20 kPa时，外部爆燃和泄放负压耦合会诱导容器内形成压力振荡，振荡周期和持续时间与p_ST有关。破膜阶段持续时间与p_ST呈正比，而泄流、外部爆燃、压力荷载振荡阶段持续时间与p_ST呈反比。内外超压峰值均随着p_ST的增大而升高，内部Δp₁和Δp₂的数值与p_ST呈线性关系，外部Δp₃的数值与p_ST呈二次函数关系。     

点火源位置对甲烷-空气爆燃超压特征的影响

开展了化学恰当比φ = 1甲烷-空气预混气在透明方形管道内的爆燃实验研究,改变点火源位置,分析在管道一端闭口一端开口条件下,点火源位置对甲烷-空气预混气爆燃超压特征的影响。实验结果表明:当点火源与闭口端之间距离较小时,时间-超压曲线不发生振荡,随着点火源相对于闭口端距离的增加,超压分别呈微弱等幅振荡、振幅指数增长的振荡,且最大超压峰值随之增加;超压波形与火焰瞬态结构存在密切关联,振荡波形超压峰值的极值点总是位于火焰位置的极值点;当超压发生振荡时,振幅指数增长阶段的振荡周期随时间线性减小,振荡周期与未燃气气柱长度呈现较好相关性;超压振荡的原因在于,泄爆口侧的火焰前沿触发了超压振荡,闭口侧火焰前沿与声波(压力波)在未燃气气柱中相互作用放大了超压振荡。     

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。     

铝粉-空气混合物的燃烧转爆轰过程

利用自行设计的长29.6 m、内径199 mm配有40套喷粉扬尘装置的大型水平爆轰管,研究了细片状铝粉-空气混合物在40 J弱点火条件下火焰从发生到加速、最后实现爆轰转捩的全过程,探讨了铝粉浓度和点火延迟时间对爆轰参数的影响.结果表明,铝粉-空气混合物燃烧转爆轰(DDT)过程可分为慢速反应压缩阶段和快速反应冲击阶段.当点火延迟时间为370 ms,铝粉质量浓度为300 g/m~3时,在管道中距离点火位置83倍长径比处峰值超压为9.8 MPa,爆速为1 670 m/s,发生了DDT过程.在铝粉-空气混合物自持爆轰波的传播过程中,由于呈现螺旋爆轰波结构,爆速和峰值超压随着传播距离振荡.     

局部开口受限空间油气爆燃的超压瞬变与火焰行为

开展了油气在局部开口受限空间内油气爆燃的实验研究,获得了不同初始浓度下油气爆燃超压及火焰特性。研究结果表明：内场有两个超压峰值,外场仅有一个,开口处出现负压区。内外最大超压大小基本相同,均由外部爆燃形成。随着浓度的升高,超压先增后减,最大超压对应初始浓度为1.88%。火焰的传播过程分为3个阶段,火焰的形态、颜色、各阶段持续时间、直径、平均速度均受初始浓度的影响。随着初始浓度升高,火焰从淡蓝色层流光滑火焰变为亮黄色褶皱火焰,层流传播阶段和加速变形阶段的持续时间先增后减,溃散熄灭阶段的持续时间增加。火球直径与浓度的关系可用三次多项式描述,火焰平均速度随时间的变化可用二次多项式描述。随着开口率的升高,爆燃超压和火焰速度逐渐减小,火球直径先增大后减小。     

浓度和点火位置对氢气-空气预混气爆燃特性影响

开展了氢气-空气预混气在透明方管内的爆燃实验研究,分析在一端开口一端封闭的狭长空间内,浓度和点火位置对氢气-空气预混气爆燃特性的影响。实验结果表明：氢气浓度和点火位置对火焰锋面结构以及发展有重要影响;各当量比条件下,均在距封闭端100 mm位置点火时反应最为迅速;在极贫燃或极富燃条件下,点火位置对火焰发展影响更大。氢气浓度与点火位置共同作用于压力波形,以距封闭端300 mm点火位置为界,分别在管道前后两段点火时,不同当量比条件下超压波形呈现复杂变化。超压峰值对氢气浓度具有极强依赖性,并且浓度对爆燃超压的影响程度远大于点火位置;在各点火位置下,均在Φ = 1.25时获得最大超压;最大超压对应的点火位置取决于当量比。     

Discrete pore network modeling of superheated steam drying

A nonisothermal two-dimensional pore network model is developed to describe the superheated steam drying of a capillary porous medium. The complex void space is approximated by a network of spherical pores interconnected by cylindrical throats. In this model, the condensation of water vapor at the network surface as well as the network drying are taken into account. During the network drying period, the liquid transport is driven by capillary action, whereas vapor transport occurs because of convection. The condensation of water vapor within the pores is modeled based on newly formulated liquid invasion rules. The simulation results, presented as temperature and moisture content profiles over time, indicate qualitative agreement with available experimental observations. The inclusion of the liquid invasion rules is shown to accommodate more of the condensed water mass compared to earlier models, in which condensation is only partly treated. Due to the viscous vapor flow, the vapor overpressure within the network, which is the driving force of vapor transport, is reproduced in these simulations. The influence of vapor overpressure on the disintegration of the liquid phase is also discussed.     

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.