换流变压器油蒸汽爆炸的三维仿真研究

换流变压器套管存在缺陷时,内部变压器油在高温或电弧作用下受热分解产生大量烃类混合气体,会发生蒸汽爆炸.基于数值模拟技术,搭建油蒸汽爆炸的三维仿真模型,开展不同泄压面积和不同TNT当量下的抗爆门压力分布研究.研究结果表明:随着泄压面积或TNT当量的增加,发生爆炸事故时造成的压力峰值也相应增大;当泄漏气体的TNT当量小于1...     

厂房顶盖与侧墙耦合对天然气泄爆的影响

借助计算流体动力学技术,基于典型工业厂房尺寸,研究了天然气爆炸作用下厂房顶部与两侧墙体的耦合泄爆过程,重点考查了耦合泄爆产生的室内爆炸超压载荷分布特征。研究表明,顶部与两侧墙体耦合下,厂房内爆炸超压载荷普遍存在2 个较显著的超压峰值及多个振荡峰值,其中第一峰值超压主要取决于所有泄爆面开启压力中的最小值,受顶部与两侧耦合泄爆的影响较小;第二峰值超压受顶部与两侧耦合泄爆的影响较为显著,在仅有顶部泄爆时其值较小,在仅有两侧泄爆时其值较大,在顶部与两侧耦合泄爆时,在点火源对侧壁面处取得最大值。顶部泄爆能更有效地降低厂房内第二个超压峰值,但顶部泄爆面积对厂房内峰值超压及其到达时间的影响不明显。研究结论可为工业厂房泄爆安全设计及天然气爆炸事故的调查分析提供科学依据。     

基于能量集聚原理的全泄爆间室型结构内爆炸荷载计算

全泄爆间室型结构（简称“全泄爆间室”）内发生爆炸时,冲击波峰压值和冲量值因其在结构内多次反射而增高,精确计算非常困难,为此,进行了大量的试验研究。根据试验波形和数据可知,室内受约束空气冲击波不断反射、冲击,成为能量不断集聚的合成波和密齿形集团冲击波,从而增大了间室内爆炸破坏力。基于能量集聚原理,引进能效系数η,以ηQ表示增大的爆炸药量,并用试验数据控制精度,提出了全泄爆间室结构内爆炸荷载计算方法。     

基于CFD的加油站储罐燃爆危险性分析

针对加油站收发油及清罐作业期间可能发生的事故,以加油站埋地油罐为例,针对50 m~3埋地储罐情况进行建模,开展数值模拟,计算发生爆炸事故时爆炸冲击波对油罐周围人员、设施的影响。模拟结果表明:油罐内爆炸产生的冲击波通过人孔井传出之后,在人孔井外爆炸超压均小于5 kPa。当人孔井内发生爆炸时,人孔井内局部区域冲击波超压超过2 kPa,人孔井外冲击波超压均小于2 kPa。     

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。     

硬岩中的可重复使用抗爆洞室结构设计技术

在原岩中直接进行化爆模拟试验是研究地震耦合效应的重要方法,但存在爆心附近原岩介质状态改变或地震传播路径变化的问题,从而导致地震信号质量差、工程代价高。为此,提出了在地下洞室中构建可重复使用钢纤维混凝土衬砌结构的抗爆设计思路。采用数值模拟方法,对结构损伤破坏的高风险区域及破坏形式进行了预测;根据数值模拟结果,制定了针对性结构设计方案。在设计建设的密闭设施内重复开展了数百公斤级TNT当量化爆试验,通过爆后壁面破损情况对比、钻孔取样与钻孔摄像观测,证实多次爆炸未对衬砌与原岩界面产生明显影响;相似事件在同一台站的地震信号表现出了较高稳定性和重复性,证明该抗爆结构达到了预期设计目标。该工作可为类似抗爆设施建设提供工程实例与技术参考。     

爆炸冲击波在双层地铁站内的传播规律研究

地铁站为地下封闭空间,发生爆炸往往会带来灾难性的后果,易成为恐怖爆炸袭击的重要目标。为研究地铁站爆炸冲击波传播规律,本文利用AUTODYN软件,对一典型两层两跨地铁站进行了数值模拟,给出了地铁站内部不同时刻的冲击波压力云图,得到了不同爆心距位置的压力时程曲线,研究了不同起爆层、侧墙、结构柱和楼梯对冲击波传播的影响,分析了冲击波超压峰值的衰减规律。计算结果表明,炸药在地铁站内爆炸,其冲击波传播明显异于自由空气中。在爆心距较小位置,有更多持续时间较短的峰值;在爆心距较大位置,压力时程曲线相对平缓。爆炸冲击波在站厅层和站台层的传播存在差异,且受到侧墙、结构柱、楼梯的影响。侧墙使近区冲击波超压明显增大,结构柱让柱间狭长区域的超压峰值出现上下小幅波动,楼梯的存在增强了迎爆面前方一段距离的超压,削弱了背爆面后方的超压。     

近爆作用下钢筋混凝土框架的破坏分析

当爆炸在结构表面发生时,这种具有巨大能量的冲击作用将造成结构构件的损伤和破坏,而准确预测潜在爆炸对结构构件造成的危害是进行重要建筑物和防护结构抗爆设计的基础。为研究近爆作用下钢筋混凝土框架的抗爆能力,采用AUTODYN软件对钢筋混凝土框架在爆炸荷载下的破坏模式进行了数值模拟。研究结果表明,采用流固耦合数值模拟方法较合理地展现了钢筋混凝土框架的动态破坏过程。     

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%。     

覆土库外部压力传播规律研究

覆土库兼具地面库和地下库的特点,可以通过覆土来降低爆炸时的爆炸超压和飞散物对周围人员和设施的影响。为研究覆土结构发生偶然爆炸时外部流场的传播衰减规律,采用0.5 kg TNT装药对钢筋混凝土直墙拱覆土库进行缩比试验,获得结构外部0°、90°、180°等3个方向上的冲击波超压数据,并采用LS-DYNA进行数值模拟。结果表明,覆土结构外场超压表现出明显的方向性,在相同比例距离处,泄放口所在的0°方向超压峰值最大,180°方向超压峰值最小,且压力峰值不足0°方向的10%;在双对数坐标系下,3个方向的超压峰值与比例距离均呈线性关系。     

开口对内爆炸荷载分布的影响研究

采用LS-ANSYS程序,对不同长宽高比的矩形房间内爆炸进行数值模拟分析,对比了不同矩形房间内爆炸下房间内部超压曲线,从开口面积、位置、形状、房间尺寸四方面,研究了开口对内爆炸下房间内荷载的影响作用,得出了一些有价值的结论。     

内爆炸作用下隧道衬砌结构动力响应数值分析

为准确研究内爆炸作用下隧道衬砌结构的动力响应,建立了“炸药 空气 结构 土体”流固耦合模型对全比例隧道衬砌结构的内爆炸试验进行了数值模拟。模拟首先采用精细网格的一维轴对称模型计算起爆阶段爆炸波在自由场中的传播,并在爆炸波抵达衬砌结构前将一维轴对称模型计算结果映射至三维流固耦合模型中继续计算爆炸波、衬砌结构以及土体的相互作用。数值模拟获取的超压时程及衬砌结构破坏形态与试验结果吻合较好,说明了所建立数值模型以及映射模拟方法的适用性。基于数值仿真结果对于隧道衬砌内爆炸过程的爆炸波流场特征进行了分析。研究表明：偏心爆炸工况下冲击波在爆炸远区出现了较长时间的汇集,此区域的衬砌结构承受了较大的冲击波超压及冲量作用,为抗爆设计的薄弱部位。     

钢板-砂土-钢板组合防爆墙对爆炸冲击波的防护效应分析

为避免或减轻爆炸冲击波对建筑物的破坏作用,对钢板-砂土-钢板组合防爆墙对爆炸冲击波的防护效应进行了三维数值模拟研究。为分析防爆墙对爆炸冲击波的防护作用,提出了超压防护效应系数概念,分析了药量、爆距、结构高度等参数对组合结构防护效应的影响;给出了各比例爆距、比例墙高条件下防护效应系数的计算公式,得到了组合防爆墙背波面空气冲击波超压的预测模型。研究表明,比例爆距减小、墙高增大时,防爆墙对冲击波的防护效应增强。     

工业建筑泄爆数值模拟及验证

应用计算流体力学模拟软件FLUENT,对爆源分别位于墙角和地面中心部位的长方体建筑内可燃气体与空气的预混燃烧、爆炸进行数值模拟,分析不同爆源位置条件下空间内爆炸压力与气流速度随时间的变化规律,得出长方体空间内墙角爆炸压力上升速率低于中心爆炸、墙角爆炸最大气流速度小于中心爆炸的结论,该结论可为工业建筑空间内的泄爆设计提供数据支撑。     

CFRP加固钢筋混凝土拱抗爆性能数值分析

采用LS-DYNA软件对爆炸作用下的钢筋混凝土半圆拱的抗爆性能进行数值模拟,模拟结果与空爆试验结果基本一致.依据混凝土拱的宏观破坏与结构动力响应确立了不同类型的CFRP加固方案,并对不同加固方案下复合拱结构的抗爆性能进行对比分析.研究发现钢筋混凝土拱的主要破坏模式为混凝土开裂及震塌,CFRP加固可以有效改善构件整体的受...     

连通容器预混气体泄爆研究

采用实验和数值模拟相结合的方法,对球形连通容器内甲烷-空气预混气体爆炸泄放过程中爆炸压力、流场变化和火焰传播行为进行分析。研究表明:与单容器泄爆相比,连通容器泄爆时容器中压力变化更加剧烈;当小容器作为传爆容器时泄爆压力峰值更高,压力上升速率更快,不能用单容器的泄爆方法设计连通容器的泄爆;受管道火焰加速、压力累积和压力振荡作用的影响,传爆容器和起爆容器先后发生湍流燃烧;破膜泄爆时火焰和高温气流从泄爆口高速喷出,在外流场继续剧烈燃烧,易造成二次伤害。     

换流变压器套管洞口封堵抗爆性能研究

以实际工程的换流变压器套管洞口为例,对其抗爆封堵结构进行了设计优化,并采用通用有限元软件分析了其在不同超压的爆炸荷载作用下的变形、应力、节点强度、破坏模式等受力性能.分析结果表明:优化后的封堵结构具有良好的抗爆性能,其在爆炸荷载作用下的变形和整体性可以满足使用要求.     

燃气爆炸事故对住宅建筑的破坏

目前燃气爆炸事故灾后调查中,尚缺乏有关其破坏机理及特点方面的研究.介绍了发生于上海的2起燃气爆炸事故的概况及处理方案.运用理论计算、数值模拟等方法得出了2起事故中破坏较为严重的预制板和现浇板的抗爆能力,估算出2起事故的爆炸超压.分析了2起事故爆炸超压相差不大,但破坏后果却相差较大的原因.进而对燃气爆炸对房屋造成损坏的特...     

爆炸冲击荷载作用下高压输电塔等边角钢构件抗爆性能试验研究

等边角钢构件因其具有受力合理、承载力高、易于安装、运输方便等优势,在高压输电塔结构中作为主要构件得到了广泛应用,研究爆炸冲击荷载作用下等边角钢构件的抗爆性能具有重要的理论意义及工程实用价值。通过静爆试验研究等边角钢构件在爆炸冲击荷载下所受到的超压荷载分布、试件损坏情况和抗爆性能。通过试验得到了角钢构件迎爆面顶部、中部、底部的超压时程曲线以及构件中部的变形形式,进一步了解爆炸冲击波的传播方式及等边角钢构件在爆炸冲击荷载作用下的受力特点。随着构件宽厚比的增大,各测点的超压峰值均呈现出上升的趋势,构件中部的残余变形迅速增大;超压峰值呈现出在起爆点与构件等高处向构件两端递减的趋势;临近场爆炸时,构件呈现出局部屈曲的破坏形态。     

套筒灌浆连接PC柱的接触爆炸试验研究

为研究预制混凝土柱(PC柱)在爆炸荷载作用下的抗爆性能,制作了5根缩尺比例为1:2.5的PC柱,进行了不同参数下的室内接触爆炸试验.通过收集的PC柱损伤尺寸数据,分析了炸药当量、起爆点位置等参数对套筒灌浆PC柱抗爆性能的影响,并采用CONWEP软件对自由场超压进行了对比分析.结果表明:在接触爆炸作用下,PC柱仅发生局部...