角联空间煤尘爆炸传播特性数值模拟

为研究角联管网内煤尘爆炸的传播特性,基于CFD理论模拟角联空间内煤尘火焰、冲击气流与压力传播特性。结果表明：煤尘入射后1 s 时爆炸反应趋于充分,该时刻角联分支与上行空间中高温火焰相遇,形成局部高度湍流,整个空间火焰最高温度升至3 100 K。爆炸反应充分时,角联管道上行空间火焰温度先减小后增大。爆炸反应充分时,呼吸带z=1.5 m 截面上冲击气流分别在管道起始端附近L 型拐弯处、上行管道与角联分支汇合处、管道末端T 型分岔口处出现三次加速,其中上行管道内L 型分岔口处冲击气流传播速度局部极大值高达77 m/s。爆炸反应充分时,沿爆炸传播方向压力总体减小,但上行管道与角联分支汇合处压力明显增大。角联分支与上行管道汇合处的压力值比下行管道汇合处压力值大0.034 MPa,证明压力波是由下行管道流经角联分支后传向上行管道的。     

密闭管道内爆炸下限甲烷-空气混合及爆炸规律

探索爆炸下限的甲烷浓度分布对密闭管道内混合气体爆炸传播规律的影响。采用实验研究和数值模拟,分析管道内爆炸下限的甲烷-空气不均匀分布对混合气体爆炸超压、火焰传播距离、火焰传播速度的影响,并分析点火位置对混合气体可燃性的影响、管道长度对火焰传播的影响。相比于均匀混合气体,非均匀混合气体爆炸超压峰值更大,火焰传播速度更快。小尺度管道的长度增大,非均匀混合气体最大瞬态火焰传播速度随之增大。     

不同煤质煤尘爆炸火焰热量释放模型研究

为研究不同煤质煤尘爆炸火焰释放热量随火焰传播距离、火焰传播时间的变化规律,采用量纲分析方法,提出了反映爆炸强度大小的"煤尘爆炸火焰热量释放系数",构建褐煤、长焰煤、不粘煤与气煤爆炸火焰热量释放模型,得到了爆炸火焰释放的热量与火焰传播距离、时间的定量表达式。通过模型参数关系合理性检验、模型参数幂指关系检验及导出量纲选取完备性检验,证明了建立的煤尘爆炸火焰热量释放模型的合理性与科学性。开展大型巷道空间模型实例分析,结果表明:巷道空间内"煤尘爆炸火焰热量释放系数"明显大于小型水平管道。模型不仅可计算不同实验方案下爆炸火焰传播到最大距离时释放的热量,还实现了参与爆炸煤尘量的推算。     

甲烷爆炸初期火焰传播规律尺度效应研究

为了研究大型实际煤矿瓦斯爆炸火焰传播规律,在长1.5 m、内径0.1 m的小尺寸管道实验基础上,同比例放大管道尺寸至3、5、10、15、20倍,利用FLUENT软件模拟研究甲烷爆炸初期火焰传播特征,得出5个尺度下的火焰传播速度、爆炸压力和爆炸温度的变化规律,并得到拟合曲线。结果表明,管道尺寸对爆炸压力和爆炸温度影响较小;火焰传播速度、爆炸压力和温度是相互影响的。研究可为下一步大尺寸实验提供技术支撑。     

粒径对中密度纤维板粉尘爆炸特性影响实验研究

为探究粒径对中密度纤维板粉尘爆炸及相关特性的影响,采用20 L爆炸球、粉尘云最低着火温度装置、锥形量热仪和哈特曼管装置,对不同粒径粉尘的爆炸下限、最大爆炸压力、最低着火温度、热释放速率和火焰传播规律进行研究。结果表明,随着粉尘粒径减小,爆炸下限和粉尘云最低着火温度降低,最大爆炸压力逐渐增大;粉尘燃烧过程分为升温、着火、过渡、加剧和熄灭5个阶段,并出现2个峰值,热释放速率变化时间和吸热时间随着粒径减小而增加,热释放速率峰值增大;火焰在管道内的传播随着粒径减小先增强后减弱,管道外“火球”形状更大,火焰消散后火星数量变少,火焰尾端更加细长。     

管廊天然气爆炸火焰传播特性的试验研究

进行了管廊天然气爆炸的相似模型试验,通过无人机对天然气爆炸火焰传播过程进行全历程摄像监测,将视频处理成图片,对天然气爆炸火焰长度及火焰传播速度的变化特征进行研究。结果表明,管廊内天然气爆炸火焰冲出舱外后,在初期约100 ms时间内,火焰迅速向外传播,火焰长度达1.25～1.75 m。随后火焰长度随时间变化的速率逐渐趋于平缓,而后火焰长度随时间变化的速率保持相对稳定。多次试验条件下,火焰最大长度的最大值为2.38 m,最小值为1.80 m。天然气爆炸火焰冲出管廊舱门瞬间的火焰传播速度最大,可达到15～22 m/s,此后火焰传播速度呈逐渐减小趋势,最终趋近于0。管廊内天然气爆炸火焰传播速度随时间近似成指数关系衰减。     

甲烷-空气预混燃烧时火焰传播中障碍物影响的数值模拟研究

针对当前频繁发生的管道爆炸事故,本文采用数值模拟的方法,对充满甲烷和空气在有障碍物的管道内的传播进行数值模拟研究,研究分析了障碍物等对火焰传播的影响。本文的研究结果,能够为管道火灾事故预防与治理方面提供一定的理论指导。     

超细水雾抑制甲烷-煤尘复合爆炸的实验研究

为掌握瓦斯-煤尘复合爆炸机理,通过可视化爆炸装置进行了密闭空间的超细水雾抑制甲烷-煤尘复合爆炸实验,探究了不同浓度的超细水雾对爆炸超压、压力上升速率、火焰传播速度的影响;研究了超细水雾作用下的火焰传播特征和爆炸不同阶段的抑爆机理。测定了不同煤尘粒径、浓度下的临界抑爆浓度。结果表明：超细水雾使爆炸超压延迟上升;爆炸火焰经历了点火焰、局部强发展火焰、连续不光滑火焰以及稳定分层火焰4 个发展阶段,抑制局部强发展火焰的出现是抑制爆炸的关键;随着超细水雾浓度的增加,压力的二次加速上升现象逐渐消失,放热速率与火焰锋面的燃烧速率的相关性增强;水雾的临界抑爆浓度随煤尘浓度的增加先增后降,随煤尘粒径的增加而降低。     

聚氨酯泡沫生产中戊烷类发泡剂危险性分析

采用FLACS模拟发泡生产线发泡枪旁的料罐内预混戊烷组合聚醚泄漏后引燃发生爆炸,对其危险后果进行分析。厂房的几何尺寸为40 m×30 m×5 m,泄漏的范围为6 m×4m×2 m。模拟结果显示最大爆炸压力为2.27 kPa,最高火焰温度为2 007.05℃。爆炸冲击波经过狭长的阻塞空间后压力会显著增强。爆炸过程中火焰最大传播范围超过9 m,可以将人体整个皮肤层烧伤。达到最大爆炸压力和达到最高火焰温度的时间均在0.2 s左右,处在爆炸区域内的人员没有时间意识到危险并逃生。     

转弯对管道内甲烷爆炸传播特性的影响研究

设计实验方案,测试不同转弯角度对管道内甲烷爆炸传播特性的影响。转弯角度分别为52°、90°和145°,测试不同转弯角度下管道内甲烷爆炸超压峰值及火焰传播速度的变化规律。结果表明,转弯之前,转弯管道内超压峰值的变化趋势及火焰传播速度与长直管道中基本一致;转弯处,超压峰值迅速增大,而火焰传播速度却大幅度降低;转弯后,转弯角度越小,超压峰值增幅越大,火焰传播速度加速度越大。     

微通道内预混乙烯-空气火焰传播和流通特性

基于Fluent软件,对乙烯-空气预混火焰在四种不同狭缝管道阻火器中的传播以及正常情况下乙烯-空气预混气体通过每种狭缝阻火器的压力降进行了数值模拟研究,对比分析了不同狭缝管道阻火器的阻火性能,并以微圆狭缝为例,分析了狭缝内火焰传播特性.模拟结果表明,火焰在微圆狭缝传播过程中呈现"指尖"状,会发生滞留现象,随后沿着狭缝轴...     

HMX粉尘云火焰传播规律研究

采用改进的可视化Hartmann装置,研究HMX粉尘云爆炸火焰传播规律,观察不同HMX粉尘云质量浓度及粒度对其粉尘云爆炸火焰传播速度及火焰传播高度的影响。结果表明：HMX粉尘质量浓度从74.1 g/m³变化为185.1 g/m³,火焰传播最大高度从29.97 cm增加为60.81 cm,最大速度从58.91 m/s增加为175 m/s;火焰波动幅度随质量浓度的增加而增大,同时,火焰波动出现的时间明显提前。HMX粉尘粒径从19.02 μm增大为53.56 μm时,火焰传播最大高度由55.45 cm降低为40.02 cm,最大火焰传播速度由181.93 m/s降低为121.28 m/s,火焰波动幅度显著降低,火焰波动出现的时间推迟。     

基于图像处理的阻火器失效时火焰传播特性研究

为了研究阻火器阻火失效时未保护侧管道的火焰传播特性规律,在安装有透明石英管道以及阻火器的管道内,用IIB3（爆炸组别）类乙烯（C2H4）和空气混合物进行了多次爆燃性能研究。将高速相机拍摄的图像利用二值化、降噪滤波及边缘检测等方法处理,得到了准确的火焰锋面轮廓,进而根据最大相似系数法求解得到火焰传播速度与在管道中位置的关系。研究表明：第一段火焰传播过程中,火焰呈“指尖状”传播,火焰速度呈线性增长,压力曲线存在双波峰;第二段火焰逆向传播时,火焰锋面不规则,火焰速度与压力总体上均呈现下降趋势;第三段火焰传播过程中,火焰呈“拖尾”状传播,火焰速度振荡变化,幅度较大,压力稳定上升,升幅较小。     

激波卷扬三通管内铝粉致二次爆炸及抑爆研究

设计粉尘爆炸综合测试平台,研究激波卷扬铝粉致二次爆炸的现象及其抑爆规律。结果显示,中位粒径为35μm的铝粉在质量浓度为500 g/m3时的最大爆炸压力等爆炸特性参数值高于其他浓度。基于工业管道集尘系统特点设计实验室水平三通管抑爆系统进行试验,结果表明:封闭三通管的分岔结构增强了主管道分岔口的爆炸压力和火焰传播速度,同时削弱了垂直分管道的爆炸压力和火焰传播速度;铝粉最大爆炸压力和火焰传播速度随加入抑爆剂浓度的增加而减小,磷酸二氢铵抑爆剂质量分数为10%时可以完全抑制铝粉爆炸。     

管道内预混气体爆炸的波形演化特征及超压预测模型

综合采用数值模拟、理论建模和实验验证方法,开展了平直管道内气体爆炸超压的预测方法研究。研究分析发现：爆炸波可以分为三种类型,即爆轰波、高速爆燃波和缓燃波,而且爆炸波形能够反映火焰燃烧和爆炸超压之间的关系,典型的爆炸波包含前驱冲击波、火焰压缩波和稀疏波三个部分。前驱冲击波的超压随着爆炸的传播不断增大,其与距离的关系可以用线性函数表征,火焰压缩波形成的第二次峰值超压与传播距离的关系也可以用线性函数表征,但其波形可以用指数函数表征。最后,实验验证了本文提出的爆炸波形函数的正确性,其可以很好地预测爆炸超压演化,而且与数值模拟结论基本相同。研究成果可以为管道或巷道内可燃气体爆炸超压预测及破坏评估提供理论依据。     

浓度对铝粉爆炸特性的影响研究

利用水平管道和垂直哈特曼管对粒径为6~7μm的铝粉在质量浓度100~800g/m3范围内的爆炸特性进行研究。研究结果表明:铝粉粒径一定时,随着铝粉浓度的增加,其最大爆炸压力、最大压力上升速率先增大后减小,即存在最佳爆炸浓度。水平管道内测得最佳爆炸质量浓度约为600g/m3,垂直哈特曼管中测得最佳爆炸质量浓度约为500g/m3。试验装置的尺寸与形状对铝粉爆炸特性有影响。     

甲烷爆炸火焰传播机理实验及数值模拟

采用实验和数值模拟对比的方法研究小尺寸管道甲烷爆炸的速度和压力特征。在距离点火端500、1 000mm处设置压力监测装置。结果表明,小尺寸管道的实验及模拟数据相吻合,压力最大值为7 000Pa,速率最大值为148m/s。压力曲线出现泄爆压力和剩余的混合气体的燃烧产生的压力两个峰值。大尺寸管道火焰结构会出现与小尺寸类似的"郁金香"火焰。     

大型储煤筒仓进料过程煤尘浓度分布及煤尘爆炸数值模拟

采用Fluent模拟进料过程中仓内煤尘浓度场分布,在此基础上基于OpenFOAM平台开展煤尘爆炸过程数值模拟,以指导大型储煤筒仓安全设施的布置。结果表明：仓内竖向空间越小,煤尘竖向浓度梯度越明显,空间内平均浓度越高,空仓、半仓条件下筒仓竖向几何中心线上煤尘质量分数分别达到30%、40%以上 ; 仓内竖向空间越小,筒仓内最大爆炸温度越高, 但最大爆炸超压越小 , 空仓 、半仓条件下最大爆炸温度分别可达2 000、3 000 K,最大爆炸超压分别为1、0.82 MPa;建议在筒仓顶部及侧壁靠上部位设置煤尘浓度监测及预警装置,并在筒仓顶部设置有效的泄爆装置,以有效防范筒仓爆炸风险、降低筒仓爆炸损失。     

LNG接收站蒸气云爆炸数值模拟分析

采用CFD软件FLACS建立LNG接收站物理模型和数值模型,模拟LNG接收站罐底部发生蒸气云爆炸的情景.模拟分为气云中心点火和气云边缘点火,得到火焰发展形态、温度分布和超压分布.一般情况下,堵塞度越大、通风条件越差、火焰传播路径越长,爆炸产生的超压越大.爆炸最大超压产生在气云内距离点火源最远的位置.确定蒸气云爆炸产生超压的最大值及其影响因素,为风险评估和接收站的平面布局提供数据依据.     

多孔结构对地下综合管廊燃气爆炸的抑制效应

地下综合管廊应用广泛,燃气泄漏致爆的冲击荷载会对管廊结构内外造成严重破坏。为降低地下综合管廊燃气舱内的爆炸危害,利用Fluent软件对内置多孔结构燃气舱内甲烷/空气预混气体的爆炸过程进行模拟,从管廊内燃气舱结构抗爆角度研究孔隙率分别为40%、50%、60%时的爆炸传播规律、温度抑制效应及爆炸超压衰减效应。基于熄爆参数指标,从爆炸超压和火焰温度两方面综合评估多孔结构对爆炸的抑制效果。结果表明：当多孔结构的孔隙率大于58.4%时,其对爆炸传播的抑制机制占主导作用,能有效抑制爆炸的传播;抑制效果与孔隙率参数存在线性关系,内置孔隙率越大的多孔结构工况对爆炸扰动越显著,最大温度可抑制8%,最大超压可衰减38%,最大速度可降低33%。