受限空间内气体爆炸惰化泄爆实验研究

为研究惰化条件下受限空间内部混合气体爆炸及泄爆过程中的压力变化规律,对侧面带有泄爆口的球形容器在不同惰性气体浓度条件下密闭爆炸及泄爆过程进行了实验研究.结果表明:容器内初始压力越大,气体爆炸压力及压力上升速率越大,且容器内压力峰值与初压呈线性增加;密闭爆炸时惰性气体占甲烷-空气混合气体的比重越高,容器内的最大压力越低,压力上升速率越小,从点火到达最大压力所用的时间越长,容器内的最大压力与惰性气体的体积分数呈近似线性关系;泄爆与惰化联合作用对容器内的压力峰值及压力上升速率影响都较显著,破膜之前压力缓慢上升,破膜之后快速下降;当惰性气体的浓度达到临界体积分数10%时,泄爆膜一打开,容器内的压力立即下降,使非平衡泄爆转化为平衡泄爆.     

障碍物影响下管道内气体爆炸对动物杀伤研究

利用管道式气体爆炸测试装置,分别在光滑管道内和放有障碍物的水平管道内充入当量浓度的甲烷气体,对甲烷-空气混合气体的爆炸压力变化以及对动物的损伤进行了实验研究.实验结果表明,当量浓度气体爆炸使光滑管道内不同位置的小白鼠全部死亡,其内脏的损伤程度随着长径比的增大而明显加重.在管道内有障碍物的情况下,爆炸对小白鼠的杀伤程度明...     

水平管道内甲烷-煤尘混合爆炸压力的研究

为研究水平管道内甲烷-煤尘混合爆炸对压力的影响,防控煤矿瓦斯爆炸的发生,利用自制的水平管道式气体-粉尘爆炸测试装置研究了不同甲烷-煤尘配比浓度、煤尘粒度下,爆炸压力的变化.结果表明:随着甲烷和煤尘配比浓度的增加,最大爆炸压力先增大后减小,当甲烷-煤尘配比浓度为5%甲烷、400 g/m3煤尘浓度时爆炸压力达到最大;各甲烷-煤尘配比浓度所对应的最大爆炸压力不同,最大爆炸压力的增幅与降幅有显著的差异,最大分别为42%和52%;煤尘粒径与爆炸压力之间呈线性减小关系,在43~125μm范围内,煤尘粒径越大,爆炸压力越小.     

密闭空间甲烷-空气混合物爆炸传播过程研究

利用自行研制的管道式气体粉尘爆炸试验装置,研究了管道内甲烷-空气混合物的爆炸过程,对爆炸过程进行了模拟仿真.研究得到的仿真模拟结果与实验数据的偏差12%,与文献数据基本吻合.试验研究表明:试验管道的长径比L/D较小时对管道内火焰的加速效应有限,不同时刻管道内压力波集中在火焰面前方一个很薄的区域内,随着火焰从左向右传播,最终在管道右端达到最大压力0.92 MPa;密闭空间内,气体爆炸最大压力值的大小与点火位置无关.     

金属网对瓦斯爆炸抑制作用的实验研究

为了研究金属丝网对瓦斯气体爆炸的阻爆效果,设计了管道式瓦斯爆炸阻爆实验装置,对管道内瓦斯气体的爆炸过程进行了实验研究.通过分析瞬时爆炸压力和飞片的变形程度研究了金属丝网对爆炸火焰和爆炸冲击波的抑制作用.实验结果表明,加入金属丝网后,飞片变形程度减弱,最大爆炸压力降低,而且达到最大爆炸压力的时间增加.当金属丝网的质量相同时,体积增大,阻爆效果明显;当金属网的体积相同时,质量增大,阻爆效果明显,说明金属丝网的体积和密度均会影响抑爆效果.实验结果对于进一步研究矿井瓦斯阻爆技术具有一定的意义.     

地下管廊甲烷突发爆炸下井盖的抛掷特性及防护措施

甲烷较易在城市地下管廊中聚集,当其突发爆炸后井盖将以极高的速度被抛掷到高空,可能会对周围人群及建筑造成严重的危害.研究了甲烷气体爆炸的燃烧过程及其冲击波传播特性,分析了井盖处的爆炸冲击荷载,并与美国消防协会标准NFPA68-2018中的泄爆公式计算结果进行了对比验证;分析了常规无加固井盖在甲烷爆炸荷载作用下的毁伤破坏特...     

管道瓦斯爆炸流场及其影响因素数值模拟研究

为了提高煤矿瓦斯抽采系统的安全防护布控能力,采用数值模拟方法对管道瓦斯爆炸传播规律及流场特征进行了仿真分析.采用涡耗散模型作为燃烧模型研究了瓦斯爆炸流场的温度、压力、速度、反应速率分布规律,以及管道直径、结构、长度对反应速率的影响.结果表明:反应速率波阵面和温度波阵面均呈""形状,且管壁约束导致反应速率加快;气体高速波与高压波部分重叠,且超前于反应速率波阵面和温度波阵面;管径越小,反应速率越大;管道弯曲处反应速率加快,近似为同管径直管的5倍;管道越长,最大反应速率峰值越大,爆炸反应程度越剧烈.管道内瓦斯爆炸剧烈程度受管径、管道长度及管道结构影响较大,瓦斯抽采系统安全防护布控时应充分考虑以上因素.     

考虑流固耦合的管道爆炸后果预测与分析

针对管道爆炸后果模拟中存在的伴随变形与断裂的流固耦合问题,提出一种计及计算稳定性的流固耦合算法,对在内部气体爆炸作用下的管道动态断裂及爆炸流场发展进行耦合仿真.采用单元删除技术并植入应变率-应变双变量失效准则来模拟管道的裂纹扩展,将模拟得到的管道断裂形貌及压力历程与试验结果进行对比验证.分析管道爆炸的后果,并将管道外峰值压力的模拟值与现有方法的计算值进行对比.结果表明:考虑流固耦合效应时管道外2个测点的峰值压力分别为不考虑该效应时的83.1%和62.2%.相比难以计及爆炸流场与管道相互作用的半经验模型和传统计算流体力学方法,所提出的方法可以更加合理地预测管道内气体爆炸的后果.     

泄爆板开启规律及对室内爆燃压力的影响

建立各类泄爆板运动方程,确定室内气体的有效泄流面积.基于热力学和空气动力学原理,分析可燃性气体混合物室内爆燃泄放过程.考虑泄爆板开启方式,提出了室内爆燃压力的计算方法,运用已有实验数据验证其有效性.研究在立方体爆室和球形爆室外墙及屋面安装各类泄爆板时,室内爆燃压力的变化过程,结果表明,泄爆板转动合页位于外墙泄压口侧或下边缘时,泄压效果较好.与立方体爆室相比,球形爆室内最大泄放压力较高,但爆燃持续时间较短.     

长持时爆炸冲击波产生方法

不同持时的爆炸冲击波对建筑结构及防护工程的作用显著不同,在试验或数值模拟中常需要得到长持时爆炸冲击波,延长爆炸冲击波正压作用时间是研究长持时爆炸荷载下结构响应的难点。在AUTODYN中建立长筒爆室小当量炸药多点延时起爆模型,分析爆炸冲击波在长筒爆室中的传播规律,研究管道长度、延时起爆时差、起爆顺序对冲击波波形的影响。结果表明：距离增加,超压峰值减小、正压持续时间增加;根据炸药量和爆室长度合理地选择起爆时差可以获得波形丰满且连续衰减的超压时程曲线;爆室底部起爆、合理控制延时间隔,可以形成类似于大当量远距离爆炸下产生的连续衰减的长持时冲击波。分别给出100、200 ms爆炸持时起爆方案,为长持时爆炸模拟装置的设计提供技术支持。     

瓦斯爆炸传播火焰高内聚力特性的试验研究

采用高速摄影法及通过对爆炸反应区内不同部位温度的测量,对瓦斯爆炸传播火焰的特性进行了试验研究。研究发现,瓦斯爆炸产生的向前传播的火焰沿管道横断面分布不均匀,反应区内主要发光体沿管道底部向前传播。该发光体在低温下具有较高的内聚力,高温时容易瓦解。在瓦斯爆炸反应区内,中间产物的成分沿管道横断面分布也不均匀－－管道中、上部是发光较弱的气体产物,放热量较大;而下部是亮度较高的等离子体,放热量较小。当瓦斯爆炸温度达到最大值以后,等离子体的内聚力急剧下降,等离子体爆发,爆炸中间产物在管道横截面内均匀分布。     

荷电细水雾对管道瓦斯爆炸超压的影响规律研究

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸超压的影响规律和机理,采用小尺寸管道模拟瓦斯爆炸,研究不同荷电电压作用下的瓦斯爆炸超压和平均压升速率,以及不同雾通量作用下的瓦斯爆炸超压.结果表明:随着荷电电压的升高,瓦斯爆炸超压和平均压升速率受到明显的抑制;随着雾通量的增加,瓦斯爆炸超压明显降低.在实验条件下,和普通细水雾相比,当雾通量为4L、荷电电压为8kV时,瓦斯爆炸超压峰值降低10.798kPa,降幅达49.78%;平均压升速率峰值降低180.468kPa/s,降幅达49.90%.     

渐缩形管道中亚音速气流的物态分析

以甲烷气体为例,采用定步长四阶龙格-库塔方法,对不同形状渐缩形管道中亚音速气体的温度和压强的变化情况进行了数值计算.结果表明渐缩形管道中亚音速气体的温度和压强随渐缩形管道截面积的减小而单调下降,但在不同形状渐缩形管道中下降的趋势不同,其中渐缩曲线为双曲线时,温度和压强在整个渐缩段下降的趋势较为平缓.从经济和安全的角度分析认为,最合理的渐缩段曲线应为双曲线.计算结果为设计不同参数的双曲型渐缩形管道提供了理论依据.     

金属丝状材料对预混气体爆炸影响规律研究

在自主设计加工的气体爆炸瞬态压力实验装置中,填充Cu、Al、Ni、Fe金属丝状材料后分别进行甲烷-空气(体积比为12%)和丙烷-空气(体积比为8%)预混气体的密闭爆炸实验,测定爆炸瞬态压力变化情况并进行对比分析。研究结果表明:填充金属丝状材料后爆炸压力峰值明显减小,说明能够有效地抑制可燃气体的爆炸;不同金属丝状材料的抑爆效果有明显的差异,其中Ni、Fe金属丝状材料抑爆性能明显优于Cu、Al金属丝状材料;随着可燃气体的分子质量的增加,Ni、Fe金属丝状材料抑爆性能优于Al、Cu金属丝状材料抑爆性能的现象更加明显。     

置障条件下甲烷爆炸压力测试研究

煤矿巷道中障碍物随处可见,对瓦斯爆炸过程具有重要影响.为降低瓦斯爆炸造成的损害,利用甲烷-空气混合物,在自制的水平管道装置中,通过改变障碍物距点火源的位置、间距和数量,研究瓦斯爆炸压力的变化规律.结果表明:改变障碍物位置和间距,爆炸压力变化很小,说明障碍物的位置和间距对瓦斯爆炸压力无明显影响.随着障碍物数量的增加,爆炸压力也增大,当障碍物数量多于5片后,爆炸压力的变化较小,说明障碍物数量对瓦斯爆炸压力的影响明显,因此应尽量避免在巷道存放障碍物.     

瓦斯爆炸过程中爆炸波的结构变化规律

在实验的基础上，研究了管内瓦斯爆炸过程中爆炸波结构变化规律。研究结果表明，管内瓦斯爆炸过程中所产生的爆炸波有两个峰值，第一峰值为爆炸波压力，第二峰值压力为火焰到达后加热气体升压所致。形成激波后，爆炸波两峰值往下游传播越来越靠近，测试结果与爆炸传播理论是相互验证的。     

甲烷/空气预混合气在定容燃烧室内的燃烧试验

为研究进气温度、进气压力、当量燃烧比、射流引燃、压燃(自燃)等对甲烷燃烧的影响,以提高点燃式天然气发动机的性能,在定容燃烧室(CVCC)内进行甲烷/空气预混合气的燃烧试验,通过火焰高速摄影和气体压力测量等手段,获取试验结果并进行分析.试验发现,在燃烧室内安装带通孔的横隔板后,有利于加快火焰传播速度、提高燃烧峰值压力和燃烧的稳定性,在某些试验条件下,下燃烧室会出现混合气压燃(自燃)现象.     

矿井火区封闭进程中瓦斯爆炸危险性的数值模拟分析

为分析火区封闭过程瓦斯爆炸危险性,本文采用热平衡法对封闭过程中烟气影响条件下的甲烷爆炸危险性开展了研究,建立了CO2与CO影响下甲烷爆炸危险性变化数学模型和封闭过程中火区气体组分演化数学模型,并采用FLUENT软件对封闭过程中的主要气体体积分数变化进行了数值分析,在此基础上分析了封闭过程中甲烷爆炸的危险性,得出了甲烷爆炸危险区域位置分布规律和易爆炸时间节点.结果表明:封闭过程中由于受多组分烟气存在的影响,甲烷爆炸下限受CO体积分数的影响较大,而甲烷爆炸上限对CO2体积分数变化较为敏感;火区封闭过程中,火源燃烧状态由富氧燃烧变为富燃料燃烧后甲烷爆炸危险区域大范围增加,得出封闭过程中瓦斯爆炸危险区域主要分布在靠近火源位置和采空区回风侧,其中采空区火源位置的爆炸危险区域持续时间更长,爆炸危险度更大.     

地下建筑内爆炸冲击波荷载分布规律研究

针对地下建筑结构或高层建筑地下室对爆炸灾害防护设计的需要,研究了建筑内爆炸冲击波在房间墙体开口及通道中的传播过程。通过与相关内爆炸模型试验数据对比,确定了合理的有限元内爆炸数值模型和计算参数,在此基础上模拟分析了内爆炸空气冲击波流场及爆炸荷载分布规律,重点研究了装药量与爆室容积比(W/V)、爆室墙面开口面积与房间容积参数V2/3比(A/V2/3)等因素对建筑内外空气冲击波及壁面反射冲击波的影响,根据大量计算结果,拟合给出了由爆炸间开口向外泄露的空气冲击波压力峰值衰减公式。     

渐缩形管道中亚音速气流的物态分析

以甲烷气体为例，采用定步长四阶龙格一库塔方法，对不同形状渐缩形管道中亚音速气体的温度和压强的变化情况进行了数值计算。结果表明：渐缩形管道中亚音速气体的温度和压强随渐缩形管道截面积的减小而单调下降，但在不同形状渐缩形管道中下降的趋势不同，其中渐缩曲线为双曲线时，温度和压强在整个渐缩段下降的趋势较为平缓。从经济和安全的角度分析认为，最合理的渐缩段曲线应为双曲线。计算结果为设计不同参数的双曲型渐缩形管道提供了理论依据。