初始压力对爆轰波在管道内传播的影响

建立爆轰管道研究不同初始压力下爆轰波在管道内传播规律.选用CH4+2O2气体,采用光纤探针测量爆轰波在管道内的传播速度,采用烟迹法记录爆轰波胞格结构.结果表明:爆轰波在管道内传播时出现5种不同传播模式,分别为稳态式、快速波动式、结巴式、驰振式与失效模式.在稳态传播模式下,爆轰波局部速度波动很小且平均速度接近理论爆轰CJ速度,并呈现多头胞格结构.随着初始压力的降低,爆轰波局部速度波动增加且其平均速度产生衰减.在驰振式爆轰解耦处,爆轰波胞格结构消失,过载爆轰时,重新形成胞格结构.进一步降低初始压力至爆轰失效时,则无胞格结构.     

初始条件对管道内爆轰波传播特性影响研究

实验研究了C_2H_2+2.5O_2+nAr气体爆轰波传播特性随初始条件变化规律。采用光电二极管测量爆轰波传播速度,烟迹法记录爆轰波胞格结构。结果表明:随初始压力降低,爆轰波在管道内出现稳态式、快速波动式、失效式传播模式。稳态式传播时爆轰速度局部波动小于平均速度的5%,初始压力对爆轰速度几乎无影响;快速波动式传播时爆轰速度局部波动增大,平均速度发生衰减,衰减幅度随初始压力降低而增大。随Ar稀释浓度增加,爆轰速度逐渐减小,且Ar稀释浓度对爆轰速度的影响显著。胞格尺寸随初始压力的降低而增大;稳态气体胞格结构规整;而非稳态气体胞格结构杂乱。     

火焰在环形通道内形态演变的实验研究

采用实验方法研究环形通道内体积比为1∶3的乙烯/氧气混合气体以及体积比1∶2.5的乙炔/氧气/氩气混合气体的火焰形态演变过程.实验方面采用高速摄影观察环形通道内的火焰传播.火焰经历了四个主要阶段:球形火焰、手指型火焰、舌形火焰和爆轰,其中舌形火焰在整个爆燃到爆轰转变(deflagration to detonation transition,DDT)过程中占据了最长的时间,并且在爆轰起爆中占据重要作用.另外,舌形火焰与边界层的作用使得火焰表面积和火焰速度有所增加.也讨论了初始压力对DDT起爆距离的影响,对于同种气体,初始压力的增大有助于缩短DDT起爆距离.此外,在爆轰敏感性相同的前提下,不规则系统中的DDT起爆距离要短于规则系统中的DDT起爆距离.     

初始条件影响气体非稳定爆轰波在弯管中传播特性的实验研究

对丙烷 氧气 空气的预混气体非稳定爆轰波通过圆形截面弯管时传播特性包括弯管角度以及预混气体的初始浓度和初始压力的影响因素进行了初步的实验研究 .结果表明 ,初始条件对可燃气体非稳定爆轰波经过弯管时爆轰参数有很大影响 .随着弯管角度的增加 ,弯管后非稳定爆轰波强度先增加后减小 ,弯管前非稳定爆轰波强度变化很小 ;随着预混气体的初始浓度和初始压力的增加 ,弯管前后非稳定爆轰波强度增加 .这一实验研究结果对安全使用管道阻火器具有重要的实际意义     

方爆轰管内压力波和火焰加速过程的试验

为探究缓燃向爆轰转捩过程中压力波与火焰加速的过程,在60 mm×60 mm×2 000 mm方爆轰管内,用乙炔(C2H2)和空气混合物进行了单次爆轰性能研究.试验在光滑爆轰管和加扰流器的爆轰管内分别进行,在爆轰管上按200 mm的间距同截面布置压力传感器与离子探针,用来监控压力波和火焰各自的信号.根据压力波和火焰位置、速度随时间的变化规律来分析压力波和火焰加速过程.结果表明:在光滑和加入扰流器的爆轰管内火焰的加速传播起主导作用;光滑管内峰值压力波速度大于初始压力波和火焰速度,而加入扰流片后,过爆前初始压力波、峰值压力波和火焰的速度基本上同步发展,过爆后初始压力波速度短暂跃升后最终三者耦合在一起形成爆轰波.     

甲烷预混气螺旋爆轰的定量不稳定性研究

针对CH4这种特别气体,对其实验结果运用数字化处理方法研究CH4稳定性.在内径50.8 mm圆形管道内获得CH4+2O2预混气在不同初始压力条件下的胞格爆轰结果并使用烟膜记录,且测得的平均爆轰速度数据与CJ爆轰速度接近,在初始压力高于5 kPa时爆轰可稳定传播.烟膜上形成的三波点轨迹十分不规则.为减少人为误差,使用改进后的数字化处理烟膜图像的技术方法,从烟膜轨迹中得出柱状图及自相关函数结果,发现CH4+2O2是一种爆轰十分不稳定的气体,并给出CH4+2O2预混气的爆轰胞格尺寸及差距,结果显示人为测量结果偏大而数字化处理方法更为准确.这种方法能计算CH4+2O2预混气胞格尺寸及不稳定度,完善了定量化预混气不稳定程度的方法.     

石墨对混合炸药爆轰流场影响数值模拟研究

为研究石墨颗粒对混合炸药爆轰性能及爆轰传播的影响,运用有限元分析软件建立了混合炸药二维平面细观结构模型,对不同石墨含量、粒度混合炸药的爆轰传播过程进行了数值模拟,结果表明,爆速的模拟计算结果与实验规律一致,沿着爆轰传播的方向,石墨颗粒内部压力逐渐提高,周围炸药的压力也逐渐升高,形成了特殊的爆轰流场压力分布.      

管道内甲烷-空气预混火焰传播特性的实验与数值模拟研究

采用高速纹影摄像系统、压力传感器等对小型水平封闭管道内甲烷-空气预混燃烧火焰的传播过程进行了实验研究,得到了火焰锋面结构、传播速度和压力随时间的变化关系.研究结果表明,管道内预混火焰传播过程中,火焰结构会发生明显变化,即从向未燃气体凸出的球形层流火焰转变成向已燃气体凹陷的V形湍流火焰,同时伴有火焰传播速度的减小、压力的不断增大.另外运用标准k-ε模型,对非定常时的甲烷预混燃烧火焰进行数值模拟,得到了与实验结果类似的火焰传播特性和火焰结构的变化规律.     

初始压力对狭缝内爆轰传播特性影响的实验研究

在高度H=1 mm,宽度W=20 mm的狭缝内,实验研究了不同初始压力(P_0=10~40 k Pa)下化学恰当比的C_2H_4/O_2预混气的爆轰传播特性。采用烟迹法记录爆轰胞格结构,同时采用高速摄影捕捉火焰面。实验结果表明,随着初始压力降低,爆轰波的化学反应诱导区距离增大,壁面条件(如摩擦、导热)的影响增强,导致火焰传播的速度震荡加剧,爆轰波传播从多头模式向单头模式过渡,并可出现多次起爆或者熄爆等复杂现象。此外,稳定自持传播爆轰波的速度亏损会随初始压力降低而增大,但详细规律还需进一步研究。     

可燃气体爆燃转爆轰问题的研究

文章首先介绍了一种用于可燃气体爆燃转爆轰研究的实验方法,阐述了该方法的优点及前景。依据实验结果得到了DDT火焰的2点特性,建立了一个DDT火焰结构的模型,并且据此解释了DDT火焰加速传播,以致产生超趋爆轰的机理。     

典型相似结构柱壳装药殉爆响应数值模拟

为了研究相似结构柱壳装药殉爆响应的差异,选用常用于考核炸药殉爆不敏感性能的两种具有几何相似特性的典型柱壳装药结构,并采用数值模拟方法对φ60 mm和φ120 mm两种弹体的殉爆过程进行了分析.结果 表明,两种弹体壳体破裂形成的自然破片长宽比约为3.5:1,破裂前壳体壁厚与破片厚度的比值在1.5～1.75;φ60 mm弹体主发弹壳体破裂后形成尺寸较小的自然破片,被发弹发生殉爆是由于相邻多枚小破片撞击后压力叠加的结果,单枚小破片由于撞击后侧向压力波稀疏效应明显而无法起爆被发弹,增加弹间距降低了多枚小破片同时击中被发弹同一区域的概率;对于φ120 mm弹体,随着壳体厚度的增加,主发弹壳体破裂后形成尺寸较大的自然破片,单枚较大质量的破片撞击被发弹壳体的压力波汇聚效应较强,侧向稀疏区域较小,因此可以冲击起爆被发弹,增加弹间距只是降低较大质量破片击中被发弹的概率.研究结果为不敏感炸药殉爆考核的试验方法设计及结果分析提供参考.     

等离子体低压电极孔对点火起爆的影响

针对以低温等离子体点火起爆的脉冲爆震发动机,研究放电区体积不变,低压电极孔对点火触发爆震发展过程的影响. 以丙烷为燃料,空气和纯氧为氧化剂,充分考虑其详细化学反应动力学机理,将低温等离子体放电区等效为高温高压火核,利用Fluent软件,对不同低压电极孔数和直径的5种点火器结构,进行点火起爆过程数值模拟. 结果显示,低压电极孔数多、直径大,初始阶段放电区压力和温度下降快;爆震管内轴向初始火焰体积随低压电极孔面积增大而减小、火焰传播速度变慢,爆震波峰值压力增加缓慢,DDT时间大幅增加;低压电极孔面积越小,越有利于触发爆震;对多循环工作的PDE,需合理设定低压电极孔数和直径,以获得良好的点火起爆特性.      

基于OpenGL的破片战斗部威力场可视化仿真

针对破片战斗部的运动规律和飞散特点,建立破片速度、飞散方位角和飞散方向角的仿真模型,应用Vis-ual C++开发环境和OpenGL图形库开发了破片战斗部威力场视景仿真平台.结果表明,利用该仿真平台能够形象直观地再现不同结构参数和起爆方式下破片飞散的动态过程,具有一定范围的适用性,可以满足常规破片战斗部结构设计、参数优化和性能计算等需要.     

掘进巷道瓦斯爆炸数值及实验分析

应用爆炸理论和质量、动量、能量守恒定律,针对掘进巷道瓦斯爆炸建立了物理模型和数学模型,在此基础上分析了掘进巷道瓦斯爆炸的条件和可能性.运用Autoreagas数值分析系统对掘进巷道置障条件下瓦斯与空气混合气体的燃烧爆炸进行分析和研究.结果表明,障碍物的存在使得密度升高的幅度大大增加,混合气体超压加大,激波波动剧烈,温度、混合气体流动速度以及爆炸过程中燃烧速度产生不规则波动、振荡和变化.实验分析和对比表明,瓦斯聚积量大,则发生瓦斯爆炸后产生的超压将大幅度升高,平均超压将升高到聚积量小的超压的2倍,最大超压则升高到聚积量小的超压的2.5倍.通过对照分析,数值计算的数据与实验获得的数据比较接近,证明数值模拟的合理性.     

丙烷/空气低温等离子体点火起爆数值研究

为研究脉冲爆震发动机低温等离子体点火起爆机理, 充分考虑丙烷/空气详细化学反应动力学机理, 将低温等离子体点火器放电区等效为高温高压热核, 利用FLUENT 软件内置的层流有限速率化学反应模型, 对脉冲爆震发动机低温等离子体点火后由缓燃转爆震(DDT)的过程进行模拟, 并对该过程进行详细分析。实验结果表明, 将低温等离子体点火器简化成一定压力和温度的火核进行数值模拟是可行的, 压力接近常压, 壁面温度为常温更合理。数值模拟的爆震波发展时间小于实验结果, 考虑到实验时有点火延迟和测量误差, 可以认为实验值符合数值模拟时火核为常压、壁温为常温的计算结果。     

综合体高压细水雾特性参数控火灾动态模拟

利用建筑信息模型（BIM）技术建立商业综合体3D模型并采用分层转化方式转化为火灾动态模拟（FDS）计算模型,分析大空间综合体超快速火中高压细水雾与火焰相互作用过程,研讨单一喷头Ⅱ级高压细水雾在不同喷射速度、雾化角以及水雾压力因素下与火焰相互作用过程,分析细水雾控火效能。研究结果表明：雾化角增大一定程度,细水雾控火效能提高;大空间综合体在不同雾化角高压细水雾施加初期造成湍流扰动比受限空间更加剧烈且温度有回升现象,最佳雾化角大于受限空间;喷射速度增大一定量值,降温速率与幅值均增大,充分发展阶段温度震荡幅度及时间区域小;随着压力上升至临界压力,温度回升之后波动小,对火源控制效果越好,当超越临界值,火焰横向扩展并加快高温烟气中一氧化碳（CO）流动     

高层建筑凹型结构外立面火灾竖向蔓延规律数值模拟

在城镇化发展进程中,高层建筑作为容积率大,容纳人数多的一种独特建筑结构形式得到了迅猛发展,与此同时也给城市带来了较高的建筑火灾风险,尤其是随着凹型外立面墙体结构的设计使用,使得建筑火灾蔓延特性受到了显著影响。本文通过FDS数值模拟技术对不同凹型外立面结构因子影响下的火场温度、火焰前锋蔓延速率进行了研究,结果表明凹型外立面火灾竖向蔓延烟囱效应较明显;火焰前锋高度随时间符合指数函数变化关系,且当凹型外立面结构因子时,火灾前锋竖向蔓延速率达到最大。据此提出防火挑檐的合理设置可有效阻止火势沿凹型外立面向高处相邻住户蔓延。研究成果对凹型外立面建筑结构消防安全优化设计具有一定的理论指导意义。     

天然气井喷点火空间范围和热辐射对井场周边设施的影响

 天然气开发过程中,井喷事故后果非常严重,井喷天然气燃烧产生的热辐射会对井场周边人员及设施造成严重伤害。本文以实际工程项目为例,利用计算流体动力学软件CFD,以3种不同压力、外界风速和2种出口直径为边界条件,分别对井喷情况下的流场分布进行了数值模拟计算,并对模拟结果及其对周边设施的影响进行了分析。数值模拟结果表明,其他参数不变的情况下,压力或出口直径的变化不会导致出口流速的变化,井喷后气流的出口速度约为400m/s,而火焰表面温度超过1500K,喷射火对周边建筑物的损伤半径在40m左右,对人员的伤害半径在104m左右。