圆柱形可燃气云爆炸实验研究与数值模拟

与半球形可燃气云模型相比,圆柱形模型更接近于气云爆炸事故的实际情况。进行了乙炔浓度7.75%、气云体积0.26m³的圆柱形可燃气云爆炸实验,记录了距气云中心1.2 m与1.6 m两点的爆炸超压。建立了描述气云爆炸的理论模型,采用SIMPLE算法编制了计算程序。计算结果经实验数据考核,最大与平均相对偏差分别 为18.3%与5.4%,证实程序满足气云爆炸模拟与预测的要求。研究结果显示：爆炸流场不具备球形对称的性质,爆炸超压与火焰传播方向有关,当气云高径比0.2时,沿地面方向的最大超压可达垂直方向的3.3倍;气云体积不变而形状变化时,爆炸强度随着高径比的增大而增大,高径比1.0时的最大超压可达高径比0.1时的3.1倍;气云高径比降低时,火焰传播距离增大,燃烧时间增长,气云释能速率下降,因此爆炸超压降低。研究结果对可燃气云爆炸灾害的预测具有一定的指导意义。     

开敞空间可燃气云爆炸研究进展

就国内、外有关开敞空间可燃气云爆炸的文献 ,对其模拟方法及实验研究进行了较为全面的综述。其中所介绍的研究方法主要有纯理论计算、半理论半实验、实验研究 3种     

开敞空间可燃气云爆燃场数值模拟

通过在Euler能量守恒方程中加入一表示能量释放速率物理意义的“开关函数”得到了Euler坐标系中描述有限能量释放速率的二维可燃气云爆燃场的数学模型,给出了初值及边界条件的取法,并做了相关的模拟算例.模拟计算得出的爆燃时间-压力曲线与实验结果吻合很好.     

聚乙烯薄膜对可燃气云爆炸影响的实验研究与数值模拟

聚乙烯薄膜作为约束物，对可燃气云爆炸有着重要的影响.采用7.8%的乙炔/空气混合气进行了实验研究，薄膜厚度分别为0.02、0.04 mm和0.06 mm，层数为1～4层.结果显示，当采用单层厚度0.02 mm的薄膜时，半径0.5 m的半球形气云爆炸可产生2.410 kPa的最大超压;厚度0.06 mm时，最大超压达到3.642 kPa;薄膜层数为4层时，最大超压上升到13.125 kPa.建立了描述气云爆炸的理论模型，模型考虑了薄膜强度、层数对爆炸的影响，采用SIMPLE算法进行了数值求解.计算结果与实验值相比较，最大相对偏差14.8%，平均相对偏差4.73%.提出的方法对有弱约束物存在时，气云爆炸的灾害预测具有重要的指导意义.     

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。     

储罐内可燃气云爆炸压力数值模拟对比分析研究

以立式拱顶储罐为研究对象,针对其内部可燃气云爆炸问题,分别采用TNT当量法和计算流体动力学(CFD)方法建立了二维简化模型,对其内部爆炸流场进行了数值模拟研究。通过对比两种方法获得的罐内测点位置超压时程曲线,罐内超压、速度云图,研究了储罐内部的动态压力变化和罐壁压力分布规律。研究表明:两种方法计算的峰值压力在靠近罐壁和罐顶中心处较接近;在储罐顶壁连接处相差约30%。由于CFD方法考虑了可燃气云化学反应速率、温度等因素,其升压速度和压力波动规律相较于TNT当量法更平缓,能更合理地对储罐内部可燃气云爆炸压力场进行描述。     

可燃气云爆炸火焰加速机制的探讨

综述了可燃气云爆炸过程中火焰加速机制的研究现状 ,讨论了几种火焰加速机理     

开敞空间蒸气云爆炸压力的实验研究

An experimental system was setup to study the pressure field of unconfined vapor cloud explosions.The semi-spherical vapor clouds were formed by slotted 0.02mm polyethylene film.In the Center of the cloud was an ignition electrode that met ISO6164“Explosion protection System“ and NFPA68 “Guide for Venting of Deflagrations“. A data-acquisition system,with dymame responding time less than 0.001s with 0.5% accuracy,recorded the pressure-time diagram of acetylene-air mixture explosion with stoichiometrical ratio.The initial cloud diameters varied from 60cm to 300cm.Based on the analysis of experimental data,the quantitative relationship is obtained for the cloud explosion pressure,the cloud radius and the distance from ignition point .Present results provide a useful way to evaluate the building damage caused by unconfined vapor cloud explosions and to determine the indispensable explosion grade in the application of multi-energy model.     

开敝空间可燃气云爆炸研究进展

就国内、外有关开敝空间可燃气云爆炸的文献,对其模拟方法及实验研究进行了较为全面的综述。其中所介绍的研究方法主要有纯理论计算、半理论半实验、实验研究3种。     

无约束气云弱点火爆炸压力实验研究

引　言在可燃气体的输送、贮存、加工和使用过程中由可燃气体泄漏而形成的气云爆炸已给人类社会造成了巨大的人员伤亡和财产损失 ,近年来发生在我国的几起重大气云爆炸事故无不令人触目惊心 ,可见研究气云爆炸成灾模式及防治技术具有重要的社会和经济意义 .要防治可燃气云爆炸给社会造成的巨大灾难 ,首先就要掌握气云爆炸的强度 .关于可燃气云爆炸的研究可分为两大类 :一类是针对军事领域研究由炸药点燃气云从而形成爆轰波的过程[1,2 ] ;另一类是针对工业领域研究弱点火 (通常指点火能量小于10 0Ｊ)条件下的工业气云的爆炸过程[3～ 5] ,这正…     

气云形状对无约束气云爆炸温度场的影响

In order to analyze the influence of vapor cloud shape on temperature field effect of unconfined vapor cloud explosion (UVCE) and obtain creditable prediction method of explosion temperature effect, the transient temperature fields of cylindrical and hemispherical UVCEs with same methane concentration and mass were numerically studied by computational fluid dynamics (CFD) technology. According to numerical simulation results, the concepts of UVCE’s temperature-near-field and temperature-far-field were proposed, the corresponding ranges were given, and the temperature attenuation laws and differences in corresponding regions with different vapor cloud shapes were presented. Through comparing with Baker fireball model, the accuracy and visualizability in acquisition of entire temperature effect based on numerical simulation were further validated. The functional relations among maximum temperature, horizontal distance, initial temperature and vapor cloud mass in temperature-near-field and temperature-far-field were deduced by means of data fitting, respectively. These conclusions provided quantitative basis for forecast and protection of UVCE disaster.     

The critical mass for the unconfined vapour cloud explosion of compressed and liquid hydrogen

The (unconfined) vapour cloud explosion (VCE) is a dramatic phenomenon that generates a severe pressure wave with a high potential to damage assets and produce injuries in the far field. This definition applies also to hydrogen. Nevertheless, no clear tools and methodology have been so far developed and tested for this highly reactive gas, and even advanced numerical simulations lack validation and suffer from large uncertainties. In this view, the comprehension of the physic which subtends this dramatic phenomenon for the specific case of hydrogen is still a central issue. This paper revises some of the most adopted theories on VCE based on classical acoustic theory and models for pressure wave propagation and provides a consequence-based, threshold (minimum) value for the critical mass of hydrogen $m_f^{\text{crit}}\left(4.0\mathrm{kg}\right)$ which is needed—at a stoichiometric concentration in air—for a vapour cloud to behave as a VCE. To this regard, any non-stoichiometric hydrogen concentration in air or lower amount of hydrogen would decrease either the flame Mach number $M_{\mathrm{f}}$ or the total energy, thus resulting in negligible overpressure. In this sense, the effects of buoyancy, diffusivity, and weather conditions on the dispersion of hydrogen should be taken into account. The results are valid either for compressed or cryogenic liquid tanks and can be adopted for the sake of distinction between hydrogen flash fire and VCE; for the hazard analysis of hydrogen production and storage; and more in general for the risk assessment of hydrogen systems.     

基于可见蒸汽云对LNG喷射泄漏爆炸下限区域的预测

喷射泄漏在LNG泄漏事故中比较常见,由于其蒸汽本身无色无味,难从感观上判断其泄漏扩散范围。但由于其温度低,喷射泄漏会使周边环境空气中水蒸气液化成可见蒸汽云。通过建立LNG喷射泄漏计算流体力学模型,对不同环境条件和喷射速度下的扩散情形进行数值模拟,得到了LNG泄漏扩散区域的温度场和浓度场。根据环境条件和温度场分布,得到了可见蒸汽云区域范围,并总结出可见蒸汽云区域范围与爆炸下限区域范围的关系。喷射泄漏发生时,可以为预测爆炸下限区域范围,划定安全隔离范围和消防救援提供帮助。     

室内可燃气体-空气预混爆炸特性的数值模拟

采用CFD软件AutoReaGas建立典型的物理模型及数值模型来模拟室内可燃气体泄漏后与空气预混爆炸场的特性。结果表明,点火位置、泄爆压力的改变会对爆炸场内的超温、超压产生巨大影响。泄爆压力越大,产生的超压就越大,而其对温度无明显影响;测点温度对点火位置的改变反应灵敏,同一测点,不同点火位置,距离越近,测点的最大超压越大。这项研究为室内可燃气体爆炸特性及规律的进一步研究提供了理论依据,对于有效预防和控制事故的发生,降低事故中的人员伤亡和减少财产损失具有重要的指导意义。     

基于控制室爆炸载荷的可燃气云等价尺寸阈值

火气系统是防控气体泄漏灾害的重要安全屏障。可燃气体泄漏后与空气混合形成可燃气云,其爆炸属于体积爆炸,具有复杂性和多变性,因此将其折算为等价气云并提出阈值尺寸计算方法,是实现火气系统探测器网络量化布设的关键输入指标。选取控制室为受体,以载荷作为爆炸冲击波超压的临界值,运用多能法倒序计算,逆推得到对应的等价气云尺寸作为探测阈值,进而利用等价气云方法与高斯扩散模型得到火气系统探测临界时间。通过某LNG罐区案例分析,定量确定了该罐区可承载的气云尺寸最大值及扩散临界时间。数值计算表明,等价气云尺寸阈值不仅可以作为火气系统探测设计的量化输入指标依据,并可对探测时间设置以及气体泄漏及爆炸的防控措施提供理论支持。     

巷道截面变窄瓦斯爆炸传播特性的数值模拟

为获得井下巷道截面变窄对瓦斯爆炸传播特性的影响,利用Fluent流体力学软件建立相应的数值模型,对井下截面变窄的巷道瓦斯爆炸进行数值模拟研究。探讨了巷道截面变窄的大小对瓦斯爆炸的影响程度以及瓦斯爆炸后压力和温度的变化。巷道截面变窄对瓦斯爆炸有明显的激励作用,且巷道越窄,激励作用越明显。在此基础上,分析了巷道壁面和三波结构对瓦斯爆炸的影响。结果表明,经壁面反射后的反射波和三波点的碰撞使爆炸的压力和温度显著升高且持续时间较长。研究结果对矿井建设的安全设计与安全设施设备的实施有重要意义。     

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。