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。     

油气爆炸在细长密闭管道内的振荡传播特性

针对细长密闭管道内汽油蒸气-空气混合气爆炸的振荡传播特性进行实验。研究表明:细长密闭管道内的油气爆炸分为振荡和非振荡两种爆炸模式;振荡爆炸超压呈现出锯齿状振荡特征,其超压增长期由4个阶段组成:第1阶段无明显的压力上升;第2阶段的高压力上升速率与快速的火焰有关;第3阶段的超压振幅以抛物线形式增长,此阶段是否有压力振荡与油气浓度、管道长径比有关,第3阶段的振荡周期随时间减小,振荡周期与火焰锋面前方的未燃区长度有关;第4阶段的超压振幅以指数形式增长,振荡周期趋于稳定并随管道长度的增加呈线性关系增加,振荡周期受到油气浓度的影响;振荡爆炸只在一定油气浓度范围内发生,且振荡爆炸的发生与油气浓度、管道长径比有关;振荡爆炸极限范围及其在油气的爆炸极限内所占比例均随管道长径比的增加而增大。     

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。     

狭长受限空间油气爆炸抑制实验研究

为研究气态抑爆介质对油气爆炸的抑制作用,搭建了狭长受限空间油气爆炸抑制实验系统。以二氧化碳和七氟丙烷(FM200)作为抑爆介质,进行了油气爆炸抑制实验,与无抑爆介质条件进行了对比,并分析了爆炸超压值、火焰传播速度、火焰强度以及爆炸产物等特性参数变化情况。实验结果表明:当以二氧化碳和七氟丙烷作为抑爆介质时,最大超压值分别下降28.66%和56.30%,火焰传播速度分别下降60.69%和89.23%,火焰持续时间缩短,火焰强度减弱;在相同条件下,七氟丙烷的抑爆效果优于二氧化碳。     

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。     

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。     

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。     

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。     

狭长受限空间火灾突变行为倾角效应的数值模拟

为了研究倾斜狭长空间火灾突变行为特性,基于CFD数值模拟方法研究了倾角为0°到30°范围内狭长受限空间(30 m×4 m×4 m)火灾特性参数(火焰形态和温度)的变化规律。结果发现:火焰高温区面积和火焰倾角等参数随倾角增加存在一个突变区域。当倾斜角度小于10°时,高温区面积、火焰与水平方向夹角以及纵向温度最大值位置等参数都基本维持不变;一旦超过10°,高温区面积明显增大,火焰与水平方向夹角明显减小,纵向温度最大值的位置也开始逐渐向火源上方移动。这表明倾斜壁面吸附作用会导致倾角过大的狭长空间火灾行为突变和后果剧增,这对于揭示火灾加速突变机理和指导狭长空间火灾安全设计有重要意义。     

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。     

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...     

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。     

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。     

固体火箭发动机结构意外爆炸的数值模拟与风险评估

针对固体火箭发动机装配作业过程中可能发生的意外爆炸事故,只考虑冲击波对人的伤害作用,利用显式动力学软件AUTODYN分别对单发产品与双发产品的爆炸过程进行了数值模拟研究。模拟过程中得到了三维空间压力与监测点压力随时间的变化规律。研究结果表明:单发产品爆炸时在X方向上与Y方向上的死亡半径分别为20.5 m和22.0 m,双发产品爆炸时在X方向上与Y方向上的死亡半径分别为24.0 m和32.0 m;死亡半径和冲击波超压的增长与爆炸产品数量的增长呈现非线性关系。     

爆炸荷载作用下覆土库外部冲击波传播规律

为了研究爆炸荷载作用下覆土库外部冲击波的传播规律,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,结合将覆土库结构破坏与冲击波传播先后模拟的新手段,对覆土库外部距爆心比例距离小于15 m/kg~(1/3)范围内空气冲击波的传播过程进行模拟,并对模拟所得不同测线方向(0°、60°、90°、135°和180°)冲击波峰值超压和冲击波到达时间进行分析。结果表明:测点距爆心比例距离在1～15 m/kg~(1/3)范围内,随比例距离的增大,在60°和90°测线方向,冲击波峰值超压衰减率从87.63%降到26.39%;在135°和180°测线方向,冲击波峰值超压衰减率从81.19%降到1.39%。随着测点距爆心比例距离的增大,冲击波峰值超压呈指数型衰减,冲击波到达时间呈线性增加。     

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...     

石松子粉粉尘爆炸试验研究

该论文采用20 L球形爆炸测试装置对粒径在75μm以下的石松子粉的粉尘爆炸下限浓度、爆炸压力和爆炸指数随粉尘浓度的变化规律等进行了研究。研究结果表明:石松子粉粉尘爆炸下限浓度在20～40 g/m3之间,在粉尘浓度相对较低的60～500 g/m3时,粉尘的爆炸压力和爆炸指数随着粉尘浓度的提高而急速上升,在浓度为500 g/m3时达到最大,此时最大爆炸压力为0.69 MPa,爆炸指数为17.20 MPa.m/s;继续增加粉尘浓度,爆炸压力和爆炸指数略有下降,但仍维持在较高值;并判定石松子粉粉尘爆炸危险性分级为Ⅰ级。     

浓度对微米级铝粉爆炸压力的影响

为了研究铝粉尘浓度对爆炸压力的影响,通过搭建大型水平圆管爆炸装置,分析了铝粉尘爆炸时爆炸压力随浓度的变化规律。实验结果表明：甲烷爆炸的冲击波和火焰能有效地引燃铝粉,使其发生二次爆炸,并大大增强爆炸的冲击力;铝粉粒径不变,浓度分别为200、300、400、500、600 g/m³ 时,爆炸峰值压力随着浓度的增大先上升后减小。工业生产中,一方面要防止多相可燃物并存,引发连锁反应;另一方面要及时清理降尘,防止粉尘发生积聚,形成高浓度粉尘云。     

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。     

爆炸荷载作用下覆土库外部冲击波传播规律

为了研究爆炸荷载作用下覆土库外部冲击波的传播规律,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,结合将覆土库结构破坏与冲击波传播先后模拟的新手段,对覆土库外部距爆心比例距离小于15 m/kg^(1/3)范围内空气冲击波的传播过程进行模拟,并对模拟所得不同测线方向(0°、60°、90°、135°和180°)冲击波峰值超压和冲击波到达时间进行分析。结果表明:测点距爆心比例距离在1～15 m/kg(1/3)范围内空气冲击波的传播过程进行模拟,并对模拟所得不同测线方向(0°、60°、90°、135°和180°)冲击波峰值超压和冲击波到达时间进行分析。结果表明:测点距爆心比例距离在1～15 m/kg^(1/3)范围内,随比例距离的增大,在60°和90°测线方向,冲击波峰值超压衰减率从87.63%降到26.39%;在135°和180°测线方向,冲击波峰值超压衰减率从81.19%降到1.39%。随着测点距爆心比例距离的增大,冲击波峰值超压呈指数型衰减,冲击波到达时间呈线性增加。