基于管道爆炸数值模拟的架空天然气管道并行间距研究

从天然气管道失效泄漏引发爆炸现象出发,通过理论分析建立架空管道泄露模型,应用Matlab计算出管道泄露总量中参与爆炸的体积,通过TNT当量法将体积值转化为管道爆炸模型的初始当量。利用Autodyn软件建立管道爆炸物理模型,计算不同并行间距下管道受并行管线爆炸冲击超压及变形量。依据管道椭圆应变准则评定不同并行间距下管道受冲击变形风险。结果表明:架空管线受并行天然气管线爆炸冲击产生的变形破坏为超压破坏和冲量破坏两种形式。架空管道大变形位置为正对爆炸源最近点和背对爆炸源最远点。架空天然气管道安全并行间距:一级和二级风险距离分别为0~2和2~5 m,三级风险距离为5 m以上。将数值模拟结果与理论计算结果对比,验证了该数值计算方法的可行性。     

某多孔弹性场地地面爆炸声传播特性和当量反演分析

准确预测地面爆炸威力对生产生活安全和武器性能测试具有重要意义．为获取雪和半灌木混合覆盖地表场地的地面爆炸声传播特性，解决该场地地面爆炸当量反演问题，在实测数据基础上分析了该场地的声传播特性，之后采用有限边界阻抗声传播理论和四参量阻抗模型建立该场地声传播模型并进行讨论．最后，基于以上声传播模型，建立了多孔场地地面爆炸当量估计的折合声冲量法(简称多孔场地折合声冲量法)和以多孔场地折合声冲量法为声学模型的声震分析方法，对该多孔场地地面爆炸当量进行了反演和分析．结果表明，雪和半灌木覆盖地表场地的地面爆炸声信号能量集中在低频(20 Hz以内)，受到多孔地表和空气吸收影响，超压幅值随距离增加快速衰减，其衰减系数1.25明显大于球面波几何扩展系数1．基于有限边界阻抗波传播理论和四参量阻抗模型建立的声传播模型可以准确描述该多孔场地波传播特性，其预测波形和实测波形基本重合．基于以上声传播模型建立的多孔场地折合声冲量法，通过考虑声震能量分配过程可以获得较高的当量反演精度，当量相对误差不超过7%．而采用折合声冲量法并联合地震波数据进行声震分析，可以准确获取多孔弹性地面附近未知爆炸事件的当量和爆高，当量和爆高...     

输气管道的蒸气云爆炸灾害的风险分析

重点分析了输气管道的蒸气云爆炸灾害的发生条件、爆炸机理和危害。采用TNT当量法和复合能量法对蒸气云爆炸造成人员伤害和财产破坏的后果进行了计算，通过计算可以预测蒸气云爆炸灾害发生时，任意点处的风险后果，以便采取必要的防范措施。     

FLNG工艺区爆燃冲击强度数值分析及后果评价

CFD数值方法是目前海上浮式设施爆燃冲击研究中得到广泛运用的方法.文中以某FLNG工艺区发生爆燃事件为研究背景,基于通用CFD软件CFX对蒸气云爆炸进行数值分析,提出了基于能量释放方程模拟分析的冲击波安全评价方法,并对能量和能量释放时间两个变量对爆燃冲击强度的敏感性进行研究.该冲击波后果评价方法通过在爆心位置设立以能量大小和能量释放时间为变量的step函数,选定k-ε模型,模拟爆炸冲击获得超压数据,并结合超压伤害准则和TNO爆炸源能量和气云体积的转换关系对冲击波伤害后果进行评价.研究表明:基于CFD的能量释放方程能够很好的模拟爆炸冲击波并获得表征冲击强度的超压数据.方程中变量因素对冲击强度影响显著,特别是爆炸近场区域.提出的安全分析方法可以有效地对爆炸冲击后果进行评价.     

蒸气云爆炸事故后果模型对比分析研究

随着石油化工生产日趋复杂化、自动化、连续化和大型化,任何一个环节的疏忽和错误都有可能造成重大爆炸事故。研究发现,工业爆炸事故多以可燃化工原料蒸气云爆炸为诱发,最终形成危害较大的气液相混合爆炸,造成严重的后果。本文深入剖析了工业蒸气云爆炸事故的发生机理,针对蒸气云爆炸事故后果模型,对TNT当量,TNO多能法和Baker-Strehlow模型进行了比较分析,利用计算实例对比分析了三种模型事故伤害半径,为进一步灾害模拟评价理论模型以及开发的软件系统的建立提供一定的参考与支持。     

甲类仓库戊烷爆炸特性三维模拟及防爆策略

为研究甲类仓库中易燃易爆危险化学品的爆炸特性,探究不同点火位置、不同燃料-空气当量比以及堆垛层数对爆炸超压的影响,确定最危险爆炸场景,以戊烷蒸气云爆炸为例,采用FLACS软件进行三维建模和三维动态模拟.模拟结果表明:点火位置处于戊烷蒸气云边缘且靠近防火墙时,易产生较大爆炸超压;最大爆炸超压随着戊烷-空气当量比的增大呈现先升高后降低的趋势,且随着堆垛层数的减少而降低;在最危险爆炸场景(点火位置处于防火墙中部,堆垛层数为3层及戊烷-空气当量比为1.35)下,最大爆炸超压为727 kPa.研究结果可为危险化学品甲类仓库的防爆设计提供参考.     

用于夹层玻璃抗爆设计的W-R法

夹层玻璃的抗爆设计有利于抵抗爆炸冲击波对人员的伤害.传统的抗爆设计p-i图法(p为超压,i为单位面积正冲量)未考虑爆炸负压段的影响,而负压段会显著影响夹层玻璃的动态响应.为此,文中采用有限元法就爆炸负压段对p-i图抗爆设计方法的影响进行了仿真,针对p-i图抗爆设计方法的不足,提出了抗爆设计的W-R法(W为炸药当量,R为爆炸距离).相比于p-i图,W-R图更具规律性和直观性,W-R公式形式更为简单,用于抗爆设计更具可行性.文中还定性分析了玻璃几何参数对夹层玻璃抗冲击性能的影响,以玻璃临界破坏为基准,得到了评估夹层玻璃抗爆性能的W-R经验公式,可为夹层玻璃抗爆设计提供指导.     

锅炉爆炸原因分析与事故后果模拟

为了探讨工业锅炉爆炸原因及事故后果,简要叙述了锅炉物理爆炸机理,并从设计制造、使用管理、安装检修三个方面分析了导致锅炉爆炸事故的原因。对锅炉爆炸的能量进行了分析计算,介绍了爆炸冲击波的破坏、伤害作用及锅炉爆炸超压的计算方法。重点描述了采用TNT当量法模拟锅炉爆炸事故后果的原理、计算方法和程序,最后进行了实例模拟。     

固态燃料空气炸药近地面爆炸场威力特性分析及扫雷应用

为了解固态燃料空气炸药的扫雷应用特性,通过野外0.5 kg一次引爆型固态FAE的近地面爆炸实验,获得爆炸场不同位置处的峰值超压值,由爆炸相似率推出了固态FAE在各测点的TNT当量比、比冲量及正压区作用时间,并通过与等质量TNT对比,获知固态FAE近地面爆炸场的峰值超压是TNT的1.3～2.3倍,比冲量是TNT的1.31～2.51倍,正压区作用时间是TNT的1.07～1.21倍.结果表明,固态FAE近地面爆炸场威力参数明显大于等质量的TNT,中远场优势尤为明显,固态FAE的扫雷效率约为等质量TNT的1.90～4.49倍,且其正压区作用时间长的特点有益于耐爆地雷的清扫.     

无约束气云爆炸热辐射伤害效应研究

为了准确预测无约束气云爆炸产生的热辐射伤害效应,利用计算流体力学技术对无约束空间内甲烷与空气预混气云爆炸的非稳态流场进行了数值计算,得到了气云爆炸热辐射伤害效应的分布规律及伤害半径确定方法.研究结果表明:热剂量峰值与气云的质量有关,随距离呈指数衰减规律.与同质量凝聚相炸药相比,气云爆炸的热伤害效应范围更大,热剂量随距离的衰减更缓慢.     

圆柱形炸药空爆在近场空间的超压估算公式

圆柱形炸药空爆后在近场空间会形成强度不均匀的超压场,在相同等效衰减距离、不同空间角度上的近场超压可相差数倍甚至一个量级以上. 为了准确、快速地评估圆柱空爆近场超压强度及分布差异给近场不同区域毁伤效应和防护效果带来的影响,在圆柱空爆近场实验数据匮乏的情况下使用经过实验效验的模拟数据来补足样本空间,通过数据拟合的方式给出了圆柱装药空爆在较小等效衰减距离下的超压估算公式. 首先,通过与球形装药下的经验公式和圆柱装药下的实验结果对比,分别验证了模拟结果在球形和圆柱装药情况下均具有一定置信度;之后,以二次多项式的形式拟合得到了圆柱空爆近场超压估算公式,并给出了6种不同长径比圆柱空爆在不同空间位置上超压的实验结果与估算公式结果的对比. 结果表明,估算公式可在较小误差范围内给出炸药空爆在近场空间任意位置上的超压,其经实验校验具有一定置信度的适用范围是圆柱长径比为1/4~4、等效衰减距离为0.2~2.0 m/kg1/3.      

隔爆墙后爆炸冲击波绕射与超压分布规律

基于爆炸实验与数值模拟,对爆炸载荷作用下隔爆墙后的冲击波绕射和超压分布规律进行了研究.首先,开展了隔爆墙对爆炸冲击波隔离效应的实验,得到了有/无隔爆墙条件下相同爆距处的冲击波超压时程曲线.在此基础上,采用流体动力学软件AUTODYN对爆炸冲击波的绕射过程进行了数值仿真,通过与实验结果的对比验证了模型的有效性.结合数值模拟和量纲分析,得到了不同爆炸当量、爆距、墙高等参数下隔爆墙后不同区域的冲击波超压分布规律,并给出了隔爆墙后近地面超压峰值的工程计算公式,为隔爆墙的设计和安全评估提供了依据.      

刚性地面爆炸冲击场仿真与试验研究

以TNT在刚性地面上爆炸过程中不同位置的超压峰值为研究对象,对爆炸冲击条件下的超压数值进行试验与仿真研究。采用ALE算法仿真模拟试验结果。通过比较仿真结果、试验结果以及经验公式理论结果;主要从超压峰值、超压持续时间验证仿真模型的准确性,通过修正模型的参数,对刚性地面爆炸冲击波特性进行有效的预测。另外对经验公式进行一定的修正,得到符合距离炸心位置较近位置的拟合公式。经验证表明,拟合公式适用于刚性地面近炸点位置的超压数值预测。     

均匀自由场中球形TNT装药爆炸数值计算分析

为更加精确地描述宽范围内均匀自由场中球形装药爆炸过程的特性,采用球形非等温爆炸模型,考虑装药爆炸近区高温高压条件下真实空气的特殊性质,引入真实空气量纲一拟合状态方程和JWL爆轰产物状态方程,建立拉格朗日球形坐标系下完备的量纲一流体动力学方程组;采用对点源强爆炸自模拟数值解的结果进行样条插值作为初始条件,将人工黏性法与激波装配法相结合,采用显式中心差分格式进行数值求解。通过算例计算,得到冲击波不同时刻的波形曲线和主激波峰值超压衰减曲线,通过拟合得到宽范围内的主激波峰值超压计算公式,计算值与有关文献以及实验较为吻合,验证了公式的准确性。结果表明,采用真实空气状态方程得到的结果适用于描述装药空中爆炸近区和远区流场特性。     

爆炸冲击波数值模拟及超压计算公式的修正

应用LS-DYNA有限元程序建立2,4,6-三硝基甲苯(TNT)炸药爆炸的数值模型并进行空爆数值计算,结合常用的经验公式,验证计算模型及参数取值的可信性.基于以上研究,提出冲击波超压修正计算方法,以各经验公式加权平均值作为参考,对数值模拟结果进行修正.结果表明:早期常用的经验公式与数值模拟计算结果分别处于爆炸冲击波超压的中下位值及下限值,均存在低估爆炸冲击波的危险.通过修正计算方法修正后的冲击波超压,可以作为爆炸冲击波超压的中位值.     

爆炸冲击波作用下机翼等效靶毁伤效应实验研究

为研究飞机机翼在爆炸冲击波作用下的毁伤效应,采用结构等效和强度等效原理对典型飞机机翼关键部件进行了等效,设计机翼关键部件等效靶.采用TNT药柱爆炸方式产生爆炸冲击波对等效靶进行动态加载,分别获得了以LY12及碳纤维复合板作为蒙皮的等效靶在冲击波载荷作用下的响应过程、失效模式以及冲击波超压与等效靶最终变形量的相互关系.     

接触爆炸和近距离爆炸比冲量数值仿真研究

对于接触爆炸和近距离爆炸的情况,炸药形状、起爆点位置和产物喷射均会造成载荷空间分布复杂,给理论分析和工程应用带来困难。分别采用流固耦合方法和PBM方法对Nansteel近距离爆炸子弹抛掷实验进行数值仿真,结果表明PBM模型仿真结果和实验结果吻合较好,而流固耦合模型仿真结果仅为实验值的70%左右.对于高度为3～10 cm的等长径比TNT药柱接触爆炸仿真结果表明,中心点比冲量随药柱高度线性变化.对640 g和1 250 g等长径比TNT药柱仿真结果表明,爆心距的变化主要影响靶板中心点6 cm半径内的比冲量,基于量纲分析推导出了比冲量的经验公式.      

变径管道中粉尘爆炸传播实验与模拟

为探究粉尘爆炸在变径管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了DN200长直管道和DN200~DN100的变径管道,以玉米淀粉为实验介质,通过实验和FLACS数值模拟相结合的方法,研究了粉尘爆炸在管道中火焰传播速度、超压峰值、火焰传播距离的变化规律.结果表明:火焰传播速度在管道内呈上升趋势,在变径点之后增幅明显变大,缩小管径对火焰传播起加速作用;但超压峰值在管道内呈下降趋势,其在变径后衰减幅度显著升高,缩小管径使超压衰减速率增加;通过数据拟合建立了变径管道引起爆炸腔内超压变化的数学模型;火焰传播距离随浓度增加而变长,相同浓度下渐缩变径管导致火焰传播距离变长.研究结果为除尘系统安全距离确定及阻火隔爆措施的设计提供了参考依据.     

基于偏微分方程的遥感成像雷达距离图像分类方法

针对传统方法分类遥感成像雷达距离图像时, 未对图像进行平滑处理, 导致其易受环境干扰, 分类性能较差的问题, 提出一种基于偏微分方程的遥感成像雷达距离图像分类方法. 首先通过偏微分方程对遥感成像雷达距离图像进行平滑处理, 然后采用基于偏微分方程的多区域分割模型, 将分割后的遥感成像雷达距离图像分类过程视为泛化函数最小化过程, 通过分割对能量泛函数进行最小化处理, 实现遥感成像雷达距离图像的多区域分类. 实验结果表明, 该方法成像速度快, 去噪和图像分割效果好, 分类精度和Kappa系数值均较高.