细长密闭管道内油气爆炸特性研究

针对长径比对密闭管道内汽油蒸汽和空气的混合气爆炸特性的影响进行实验。研究表明:细长密闭管道内的油气爆炸压力为两阶段上升,而压力上升速率曲线呈现出"双峰"结构;最大爆炸压力和取得最大pmax值的最佳油气浓度均随管道长径比L/D的增加逐渐减小;达到最大爆炸压力所需时间随管道长径比L/D的增加呈线性关系增加,且靠近最佳油气浓度的油气受管道长径比的影响较小,而偏离最佳油气浓度较远的油气受管道长径比的影响较大;随着油气浓度的增大,第二个压力上升速率峰值先呈指数增长,达到峰值之后呈负指数下降;当油气浓度低于临界浓度时,第二个压力上升速率峰值比第一个压力上升速率峰值低,而高于临界浓度时则反之;第一个和第二个压力上升速率峰值及取得最大(dp/dt)max2值的油气浓度均随管道长径比L/D的增加而降低。这些规律性的结论可为管道的防抑爆设计提供理论依据和重要参考。     

点火位置对管道内油气泄压爆炸超压特性影响

进行了初始油气浓度为1.7%全透明方管内不同点火位置(底部、中部和口部)对油气泄压爆炸超压特性的影响,实验结果表明:(1)底部点火时超压曲线不发生明显振荡,中部和口部点火时,超压曲线振荡明显;(2)爆炸超压波形变化和火焰传播形态有密切的内在联系,底部点火时,超压变化过程主要受火焰加速、火焰面积尺寸和外部爆炸的影响;中部点火时超压变化除受到火焰加速、火焰面积尺寸和外部爆炸的影响之外,还受到火焰和声波相互作用的影响;口部点火时,超压变化还受到声波振荡的影响;(3)对于中部和口部点火,压力振荡上升期的振幅呈指数增长,衰减期的振幅呈负指数下降;在超压上升阶段,振荡周期以接近二次抛物线的趋势下降,对于超压衰减阶段,超压振荡周期呈震荡上升;(4)对于管道内部测点,不考虑声波和火焰的相互作用时,最大超压峰值随着点火源与管道封闭端的距离的增大而减小;考虑声波和火焰的相互作用时,最大超压峰值随着点火距离的增大而增大。对于管道外部测点,不考虑声波和火焰的相互作用时,第一个超压峰值随着点火距离的增大而减小,如果考虑火焰声波的相互作用,最大超压峰值随着距离增大先减小再增大。     

不同位置分支管道对油气爆炸强度的影响

为研究不同位置分支管道对油气爆炸强度的影响,搭建了不同分支管道实验系统。分别在直管道和具有不同位置分支管道的直管道中进行了油气浓度为1.75%的爆炸实验,并分析了爆炸超压值、升压速率、火焰传播速度以及火焰强度等特性参数变化情况。实验结果表明:分支管道对直管内的爆炸超压、升压速率、火焰传播速度、火焰强度和火焰持续时间有强化作用,并且距离点火端越远,强化作用越显著,火焰传播速度对火焰持续时间也有重要影响;分支管道前的爆炸超压变化曲线可以分为加速上升、膨胀泄压、振荡强化和振荡衰减等4个阶段,分支管道后的爆炸超压变化曲线可以分为加速上升、振荡强化和振荡衰减等3个阶段。     

有无泄压条件下的管道油气爆轰实验研究

为研究密闭和泄压条件下油气爆轰波的发展规律的区别,以及密闭和泄压条件对管道爆轰的超压及火焰的影响,搭建了23.3 m细长管道油气爆炸实验系统,并进行了油气爆炸实验。实验结果表明:不管是泄压还是密闭管道,当管道长度足够长时,都经历一个由爆燃转爆轰的过程;当管道内达到爆轰状态时,产生的最大超压值将达到3 MPa以上;当火焰的传播至泄压点的距离过长时,泄压反而会使爆轰的发生时间提前,设置合理的泄压点位置对安全防护工程具有重要意义;爆轰后的泄压措施对体系的保护作用是后发性的,其能够达到最终降压目的,前提是体系的承压设计必须大于管道产生爆轰的最大超压;泄压条件下的油气爆炸管口喷射火焰长约3 m,宽约1.5 m,呈椭球型,对实际工程中的泄压安全距离具有参考价值,避免发生二次破坏。     

含弱约束受限空间油气爆炸外部特性研究

构建了含弱约束面的受限空间油气爆炸模拟实验系统,对含有弱约束的受限空间油气爆炸外部特性进行了实验研究。实验获得了容器外部不同位置处爆炸超压随时间的变化规律,同时利用高速摄影系统记录了爆炸火焰发展变化过程。研究结果表明:(1)竖直方向和水平方向爆炸压力随时间变化规律均为"破膜与泄流正超压→最大负超压→外部爆燃正超压→二次负超压",竖直方向上最大爆炸压力要略大于水平方向上的最大爆炸压力。(2)随着油气浓度的增加,爆炸超压先增大后减小,在初始油气浓度为1.79%时爆炸超压达到最大值。(3)随着比例距离的增大,外部爆炸超压呈负指数规律递减。(4)火焰形态变化过程可分为"喷射引燃阶段→卷曲变形阶段→蘑菇云状火焰阶段→衰弱熄灭阶段",火焰最大高度为0.85 m,最大直径为0.6 m。     

半地下覆土立式油罐内部油气爆炸冲击荷载实验研究

半地下覆土油罐常用于储存汽油、柴油等易燃易爆油品,一旦被引燃,短时间内将产生极强的爆炸压力波,造成储罐的严重破坏并带来灾难性后果,油气爆炸冲击荷载的研究是进行储罐安全设计的基础。利用等比例模拟容器,基于实验对覆土立式油罐罐内油气爆炸冲击载荷特性进行了实验研究,获得了密闭条件下油罐内不同位置处的压力荷载的变化规律,油气爆炸压力荷载变化分为四个阶段:点火孕育期、加速突变期、衰弱振荡期、惯性波动期;罐顶位置处的压力荷载数值要明显大于罐壁和罐底处的压力荷载数值;进一步考察了初始油气浓度、初始点火能量、初始温度等相关参数对爆炸冲击荷载的影响规律。研究结果表明:爆炸超压随浓度的变化呈先增大后减小的规律,当初始浓度为1.71%时,爆炸超压荷载达到最大值。爆炸超压值与点火能成正比关系,与初始环境温度成反比关系。     

浓度梯度对甲烷-空气混合气体爆炸特性参数的影响

为研究浓度梯度的变化对甲烷-空气预混气燃爆特性的影响。在方形爆炸实验管道中布置压力、温度传感器,开展不同甲烷浓度梯度下甲烷-空气预混气体爆炸试验。研究结果表明:浓度梯度的增大使管道内甲烷-空气预混气的火焰平均速度和最大爆炸压力均呈现先升高后降低的趋势,当浓度梯度为1.0%时二者均达到最大值;爆炸压力上升速率亦随浓度梯度增大先升高后降低,浓度梯度为1.5%时最大;达到最大爆炸压力的时间随浓度梯度的增加呈现往复变化趋势;甲烷-空气混合气的爆炸温度随浓度梯度的上升呈现先上升后下降的趋势。     

油柱直径对变压器油燃爆特性影响实验研究

特高压换流变压器管件内的变压器油易蒸发并形成可燃的油气混合物,当点火源存在时,变压器油燃爆会造成电力设备严重破坏。目前,有关变压器油爆炸动力学演化规律的实验研究匮乏,采用压力传感器测压和高速相机记录火焰形状,研究了油柱直径对变压器油爆炸超压演化和火球行为的影响。实验结果表明,随着油柱直径从93 mm增加至350 mm,最大超压和反射超压均呈现先增大后减小的趋势。随着压力测点与爆炸中心之间的距离增大,最大超压呈现逐渐下降的趋势。当油柱直径从153 mm变化至350 mm时,炸药爆炸诱导的变压器油火球行为相似,爆炸火球的传播以竖直向上扩展为主。变压器油爆燃火球的最大高度和最大面积随着油柱直径增加呈现先增大后减小的变化趋势。     

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℃。     

罐状空间内含尘甲烷爆炸流场变化试验研究

为了研究罐状空间内不同浓度的煤尘对含尘甲烷爆炸流场变化的影响,使用60 L的定容燃烧弹为试验装置,在试验装置的同一个断面上布置4个压力传感器,按照上、下、左、右位置命名为P_U、P_L、P_D、P_R,通过爆炸压力以及激光纹影系统拍摄的火焰图像,分析爆炸压力与火焰结构的变化情况。试验共设计6组工况,试验选用浓度为9.5%的甲烷空气预混气体,再分别往气体中加入0 g/m³、5 g/m³、10 g/m³、15 g/m³、20 g/m³、25 g/m³的煤尘进行试验。试验结果表明：单一甲烷爆炸时,爆炸压力变化共分为4个阶段：压力上升阶段,压力降低阶段,二次上升阶段以及持续降低阶段,其中P_U传感器压力峰值最大,上升速率最快。在含氧量恒定的情况下,含尘甲烷爆炸的压力峰值随煤尘浓度的增加呈现先增大后减小的规律,煤尘浓度为15 g/m³时,爆炸压力...     

不同长径比药柱的空气冲击波参数特性研究

为了研究爆破实践中常采用的不同长径比的柱状药包空气冲击波参数特性。根据动力模型实验的相似关系,设计制作了6组不同长径比的RDX(黑索今)药包,并完成了爆炸冲击波参数的测试实验。实验结果表明:药包长径比对冲击波性质有一定影响,冲击波最大压力上升时间随长径比的增大总体上表现为增大趋势;冲击波峰值超压随长径比的增大表现为减小趋势;冲击波正压和负压作用时间随长径比的增大基本保持不变。此研究的结果可作为进一步了解冲击波的参数特性和防爆安全的参考。     

综合管廊内燃气爆炸荷载特性实验研究和数值模拟

我国综合管廊内燃气安全问题亟待研究和解决.为了研究管廊内燃气爆炸荷载特性,在0.11 m×0.11 m×6 m的小尺寸管道内进行甲烷-空气混合气体封闭爆炸实验,研究了在不同点火能量(电极点火-2 J;化学点火-5 J)下,甲烷浓度为7.5％ ～13.5％的爆炸波的传播规律.结果表明:燃气爆炸超压峰值随浓度的增大先增加后...     

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。     

瓦斯爆炸在封闭管道内冲击振荡特征的数值模拟

摘要：为了研究爆炸波在封闭型系统的冲击和振荡特征及其特征参数变化规律,采用数值模拟的方法研究了封闭型管道内瓦斯爆炸的传播特征。研究结果表明：闭口型系统内的瓦斯爆炸呈明显的振荡特征,对于爆燃波,反射波有2道,即前驱冲击波的振荡和压缩波的振荡。由于冲击波的振荡叠加,使其最大爆炸超压和瞬态流速峰值与开口型系统相比较高,而且在反射波及稀疏波的影响下,爆炸波超压分为三个区。爆炸温度和动压同样呈明显的振荡特征,使得爆炸高温环境维持较长时间,爆炸动压在爆炸传播方向的动压与其他方向相比明显较大。研究结果解释了受限空间内爆炸破坏比开放型系统强烈的原因,为今后受限空间内爆炸的预防与控制提供了基础理论参考。     

密闭空间内爆炸缩比相似模型研究

以相似理论为基础,对密闭空间内爆炸毁伤参数进行量纲分析,建立密闭空间内爆炸相似模型,用LS-DYNA进行原模型装药递增直至结构破坏计算,并以结构产生裂纹的临界装药量进行缩比系数分别为0.8,0.6,0.4,0.2,0.1的缩比模型仿真计算。结果表明,结构尺寸不变而药量变化时壁面的冲击波服从相似规律;反射超压服从以受单、双及三面墙影响分开考虑的相似规律;冲量由于受结构破损影响不服从相似规律;缩比系数不小于0.1时缩比模型与原模型壁面的冲击波超压、比例脉冲宽度及比例冲量服从相似规律,缩比模型冲击波超压、比例脉冲宽度及比例冲量与原模型最大相对误差分别为3.3%、4.96%、5.1%;随缩比系数的减小,结构壁面的冲击波超压及冲量呈现出离散分布特性,相似程度有所降低。在研究的缩比系数范围内,可利用缩比模型试验结果预测原模型内爆炸毁伤效应。     

密闭空间煤粉爆炸特性的实验研究

为了探明煤粉在密闭空间中的爆炸特性参数,利用20 L球形爆炸装置进行实验测试,实验研究了不同点火能量对煤粉爆炸行为的影响,对比CaCO_3和Al(OH)_3两种惰性介质的抑爆效果及惰性介质的抑爆效力随点火能量的变化规律进行了重点探讨。结果表明:随着点火能量的增加,爆炸压力随着煤粉浓度的增加呈现先上升后下降的趋势,在同一浓度下,粉尘最大爆炸压力和最大升压速率呈线性上升,在高浓度下,粉尘爆炸压力受点火能量的影响更显著;添加CaCO_3和Al(OH)_3能够降低煤粉的爆炸压力,相对于CaCO_3的物理抑爆而言,Al(OH)_3的物理-化学抑爆效果更佳;惰性介质抑爆效力随点火能量增加而下降,建议采用5~10 k J点火能量考察惰性介质对煤粉爆炸的抑制效力。     

环氧粉末涂料爆炸危险性评估

采用20L球爆炸测试装置、哈特曼管式爆炸测试装置和Godbert-Greenwald炉等研究不同粒径环氧粉末涂料在不同质量浓度和喷粉压力下的爆炸敏感度和强度参数的变化规律。结果表明:粉尘云最小爆炸质量浓度为30～40 g/m~3,且随粒径增加呈现非单调变化;爆炸压力随质量浓度增大呈现先增大后减小的趋势,存在最佳爆炸浓度;粉末粒径对最大爆炸压力无显著影响,最大压力上升速率随粒径增大而明显减小;最小点火能、粉尘云最低着火温度随粒径增加而单调递增,粉尘云最低着火温度随喷粉压力增加而逐渐降低。     

角联管网瓦斯爆炸冲击波与火焰波的传播特性

为了得出实际管网中瓦斯爆炸冲击波、火焰波的普适性传播特性,搭建了角联管网实验系统。通过平均升压速率和爆炸威力指数表征冲击波传播特性;通过火焰传播速率表征火焰波传播特性。结果表明:冲击波在角联管网中传播时出现了多次衰减与叠加,冲击波的正向传播和冲击波在管网所有互连管道中的反向传播叠加在一起,导致冲击波的传播呈现复杂无序状态。冲击波传播在不同的管道结构时,经过45°分岔管道时爆炸威力最大;在斜角联支管中,压力损失最大,超压爆炸威力下降幅度最大,火焰波传播速率最快;底部直管中的火焰波传播速率最慢。可为瓦斯爆炸灾害发生后应急救援方案的制定提供理论参考。     

钛粉尘云的爆炸特性

利用20 L球型密闭爆炸装置,对5种不同粒径的球形钛粉进行爆炸实验;选取喷尘压力p、紊流指数t_v均处于敏感值的数据,分别拟合出最大爆炸压力P_(max)、最大爆炸指数K_(max)随钛粉粒径和浓度变化的函数,以及两者的敏感质量浓度、爆炸下限质量浓度ρ_(lim)随粒径变化的函数。结果表明:最大爆炸指数的敏感质量浓度和敏感紊流指数大于等于最大爆炸压力的敏感质量浓度和敏感紊流指数;随着粒径增加,最大爆炸压力以二次函数的形式减小,而最大爆炸指数以指数函数的形式减小,两者对应的敏感质量浓度、爆炸下限浓度以线性函数的形式增加;随着钛粉浓度的增加,最大爆炸压力和最大爆炸指数以二次函数的形式先增大后减小。     

N2 O-C2 H4预混气体火焰的传播特性

运用标准k-ε模型,对N₂O-C₂H₄预混气体在水平半封闭管道内火焰传播过程进行了数值模拟,得到了火焰锋面结构、传播速度、出口压力和燃烧区的气流速度随时间的变化规律。研究结果表明,管道内预混火焰传播过程分为3个阶段:点火初期的平面火焰传播阶段、Tulip火焰传播阶段和指形火焰传播阶段;火焰传播速度呈指数增长,管道出口处压力和气流速度均呈现出先增大后减小的趋势。同时,采用高速摄影系统、压力传感器、有机玻璃管等装置对预混气体的火焰加速进程和压力演变过程进行了验证,实验结果与数值模拟结果一致。