球形容器泄爆收容的实验分析

为研究气体爆炸泄爆收容过程中爆炸容器和收容容器内的压力变化规律及其影响因素,对球形容器在不同收容容器和爆炸容器体积比以及不同导管长度条件下的泄爆收容过程经行了实验研究。结果表明：收容容器体积越大,爆炸容器的压力峰值越小,爆炸压力下降的速度越快;收容容器的体积达到或超过爆炸容器体积的5倍时,接近敞开泄爆的压力峰值;泄爆导管的长度越长,爆炸容器的压力峰值越小;收容泄爆时,火焰的传播速率随着导管传播距离增加而降低,泄爆口处火焰传播速率最高。     

容器内气体爆炸带导管泄爆的实验研究

利用1个球形容器和3节相同尺寸的圆形管道建立了实验系统,并开展相关实验,研究容器内气体爆炸带导管泄爆过程的机制。结果表明:安装泄爆导管增加了容器爆炸强度;破膜激波使导管入口处压力上升,射流火焰点燃导管入口处未燃气体产生二次爆炸,导致容器内及导管入口处压力突变;一定范围内,导管长度越长,容器及管道内的压力峰值越大;有导管存在时,尾部点火容器内的压力峰值及导管入口处的压力峰值都高于中心点火的情况,且尾部点火导管前部分的火焰传播速率高于中心点火的情况;无论尾部点火还是中心点火导管入口处的压力峰值都高于导管出口处的压力峰值。     

电除尘器内转炉煤气爆炸与泄爆过程的数值模拟

转炉煤气在回收利用时需要使用电除尘器对其进行除尘处理。针对转炉煤气在混入氧气的情况下极易发生爆炸的特性,在改变初始压强、初始温度、氧气浓度及泄爆阀直径等参数的条件下,对转炉煤气爆炸与泄爆过程中压强、温度等发展特征进行了理论分析及数值计算。结果表明:氧气浓度对爆炸过程的影响最大,向后依次为初始温度、初始压强,温度发展速率高达7.5×10~5K/s,压强发展速率达到123 MPa/s;最大爆炸压强与初始压强呈线性增长的关系,但随初始温度的增加而迅速下降;泄爆过程中,泄爆阀直径越大泄爆效率越高,当直径为1 400 mm时,泄爆时间为1.07 s;综合考虑泄爆阀的泄爆能力和经济性,采用3个直径为1 200 mm的泄爆阀效果最好。数值模拟结果为转炉煤气用电除尘器净化中泄爆阀的设置提供了依据。     

发生炉煤气在电除尘器中爆炸与泄爆过程的数值模拟

为实现电除尘器在发生炉煤气净化中的应用,解决发生炉煤气的防爆与泄爆问题,文中采用RNG k-ε湍流及燃烧模型,对发生炉煤气在电除尘器中的爆炸及泄爆过程进行了数值模拟研究,分析了初始温度、初始压强、局部高氧气团对爆炸压力的影响,并对泄爆阀孔径对泄放效果的影响进行了研究。结果表明,最大爆炸压力随初始压力增大而线性增大,但随初始温度的升高而急剧下降;局部高氧气团爆炸使泄爆阀开启的临界直径为1.2 m,此时气团与电除尘器体积比为0.04;泄爆阀开启泄出的气体速度和温度较高,易引发二次爆炸;在1.4 m直径局部气团爆炸基础上,400 mm泄爆阀泄压时间为0.17 s,直径600 mm和800 mm泄爆阀的泄爆时间分别较之提高了72.3%和82.3%。     

连通容器泄爆过程的CFD模拟

利用Fluent软件对连通容器泄爆过程中的气体爆炸流场进行数值模拟,获得气体爆炸过程的温度场和压力场,模拟结果能较清晰地反映泄爆过程。研究表明:连通容器泄爆时起爆容器的火焰高度均高于传爆容器,容器内温度随着泄爆时间的延长逐渐上升,泄爆口开启后又迅速下降;在泄爆初期,起爆容器的压力均低于传爆容器的压力,小球内压力衰减速度大于大球内压力衰减速度。     

球形容器在弯管条件下的泄爆收容

为了考察弯管对泄爆收容过程的影响,采用实验和数值模拟相结合的方法,对球形容器内可燃气体爆炸通过不同角度弯管泄放到另一球形容器的泄爆收容过程进行了研究。结果表明:泄爆收容时,由于高速气流和喷射火焰的作用,大部分进入导管内的未燃气体发生湍流燃烧,部分未燃气体随压力波到达收容容器内;泄爆收容过程中,起爆容器内压力受弯管角度的影响不大,而收容容器内压力随着弯管角度的增加不断下降。当采用90°弯管时,收容容器内的压力峰值最小为0.432 MPa。     

泄爆外部压力变化特性的影响因素

为了研究可燃性气体爆炸泄爆过程中,不同因素对容器外部压力变化特性的影响,利用0.022和0.113 m3 2个球形容器进行了一系列实验。实验结果给出了不同容器容积、泄爆面积、容器结构和形式条件下容器外部压力发展历史：容器容积减小,会导致泄爆容器外部的峰值压力增大,压力变化更为迅速,持续冲击时间减小;泄爆口直径在0~0.04 m范围内增加,容器外部最大压力上升速率及峰值压力均相应增大,呈现上升的趋势但非线性,存在一个增加程度先减小后增大的驻点;容器结构和形式对泄爆过程产生显著的影响,相对于单个容器,连通容器外部峰值压力、最大压力上升速率均有较大提高;连通容器泄爆时,跟大容器泄爆相比,小容积泄爆外部最大峰值压力较大,最大压力上升速率较小。     

采用泄爆管泄放气体爆炸的数值模拟

采用k-ε湍流模型和涡耗散概念模型（EDC）,建立泄爆管泄放气体爆炸的模型,并模拟泄爆过程中火焰的传播过程。分析点火位置、泄爆压力（Pv）、泄爆管尺寸和结构对容器内爆炸超压(P_red)和压力上升速率的影响。结果表明:泄爆管内的气体爆炸是导致P_red异常上升的原因;P_red与Pv存在线性递增关系;泄爆管管长的增大或管径的减小均会增大P_red,且管径对其的影响更显著;泄爆管与容器之间采用平滑过渡的方式可降低P_red,但增大平滑过渡半径会使P_red上升;总泄爆面积相同时,采用2根泄爆管可降低P_red,但两管的位置对P_red的影响不显著。     

丝网结构对容器管道开口系统气体爆炸的影响

为研究丝网结构对容器管道开口系统气体爆炸的影响,通过改变丝网结构的层数和目数,对连接有一段管道的球形容器进行实验。研究发现,当系统处于开口状态时,在管道处加入具有抑爆效果的丝网后,容器内最大泄爆压力增大,且最大泄爆压力随着丝网层数以及丝网目数的增加而增大。建立数学模型对容器内部最大泄爆压力进行拟合,通过拟合公式发现,丝网层数对容器管道开口系统气体爆炸时的最大泄爆压力有一定的影响,并且开始时最大泄爆压力随着丝网层数的增加而增加,随后丝网结构对最大泄爆压力的影响逐渐减小,最大泄爆压力趋于稳定。     

玻璃窗泄爆下室内燃气爆炸荷载规律试验研究

建立了一套野外试验系统,设计了19组试验工况,分别研究了室内燃气浓度、泄爆窗玻璃破坏强度及面积对室内燃气爆炸荷载的影响,得到了玻璃窗泄爆条件下室内燃气爆炸的荷载特性和变化规律。试验研究结果表明：甲烷浓度在7.5%~10.5%时,室内燃气爆炸产生两个压力峰值,并引起声振不稳定燃烧,形成远大于第一个压力峰值的第二压力峰值;甲烷浓度较高时,声振现象不容易出现,只产生一个压力峰值,其大小仅与泄爆口封闭物有关;当甲烷气体浓度为9.5%时,燃气爆炸反应最剧烈,第一个压力峰值和声振压力峰值均为最大;提高泄爆窗玻璃破坏强度,会导致爆炸荷载的第一个压力峰值增大;增加泄爆窗面积,会使第一个压力峰值略微降低,但第二个的声振压力峰值则会大幅降低。研究结果有利于了解玻璃窗泄爆条件下室内燃气爆炸荷载规律和作用机理,并对进一步研究燃气爆炸荷载下结构的动力响应和破坏形态具有实际意义。     

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.     

除尘器内烟草粉尘爆炸规律的数值研究

在工业生产中,除尘器内经常发生爆炸灾害事故,给安全生产带来了严重的挑战。为探究除尘器内发生爆炸时爆炸超压演化及爆炸火焰传播的规律,基于球形爆炸装置对烟草粉尘的实验数据,构建了大规模爆炸仿真软件FLACS的烟草粉尘爆炸模块,进而实现了对带管道除尘器内爆炸及传播过程的数值仿真。模拟结果表明:除尘器内部发生爆炸时,内部的粉尘质量浓度、点火位置、管道形状均对爆炸过程有一定影响。在500~1000 g/m~3范围内,除尘器内粉尘质量浓度越大,爆炸超压越大,火焰传播速度越快;点火位置离管道入口越远,爆炸超压越大,火焰传播速度越快;管道若设置有折弯结构,火焰经过该部分后,可以一定程度上减弱爆炸超压和火焰传播的速度。     

焙烧炉新型燃烧器燃烧特性的数值模拟

对一种用于焙烧炉的新型燃烧器的燃烧过程建立了二维旋转轴数值计算模型,采用数值模拟的方法研究了燃气入口速度和喷口与喉部直径比对其燃烧特性的影响.结果表明,燃烧室内最高温度随燃气入口速度增大而升高.当燃气入口速度一定时,随喷口与喉部直径比的增大,火焰形状由梨状变为燕尾状,燃烧室内最高温度先降后升.火焰长度随燃气入口速度的增大而增长,随喷口与喉部直径比的增大而缩短.     

细水雾抑制煤尘与瓦斯爆炸实验

搭建小尺寸细水雾实验平台,用相应管道模拟矿井环境.在阐明煤尘与瓦斯爆炸传播机理的基础上,研究细水雾抑制管道混合物爆炸的有效性,并对其做定性定量的分析研究.研究发现:在细水雾作用下,煤尘与瓦斯的火焰传播速度会相应减小、所测火焰温度有所降低.当混合物爆炸的威力较大时,细水雾对其相关参数影响较弱,应适当增加压力,改变细水雾的物理化学抑制作用,增强灭火特性.实验结论:细水雾抑制煤尘与瓦斯爆炸的研究为煤矿抑爆装置的研制和安装提供了技术支撑.     

聚乙烯装置改造前后料仓静电危险性对比分析

针对某聚乙烯装置改造后可能增加的风险,运用静电模拟装置模拟了聚乙烯料仓改造前后的静电起电量,通过粉尘爆炸参数测试和理论计算分析了刷形放电、堆表面放电、火花放电和传播型刷形放电的危险性.结合危险性分析结果,提出了预防静电引起料仓闪爆的措施.结果表明,随着风量和管道直径的增加,静电起电量明显增加,静电危险性加大,现场有发生刷形放电、堆表面放电、火花放电和传播型刷形放电的可能性.根据粉尘爆炸参数的测试结果,预防火花放电和传播型刷形放电可有效防止静电引起的料仓闪爆事故.     

微米和纳米钛粉尘层着火蔓延特性研究

为了解微细钛粉的层火灾危险性,采用标准热板测试装置和自制的粉尘层火蔓延实验装置,研究了微米和纳米钛粉尘层最低着火温度和火蔓延速率变化规律,并验证了热爆炸理论模型和粉尘层火蔓延速率模型的适用性.结果表明:钛粉尘层最低着火温度随粒径减小而降低,33μm钛粉和60~80nm钛粉的粉尘层最小着火温度分别为>400℃和230℃,与Thomas模型计算结果基本吻合;钛粉的层火灾危险性受粒径影响较大,实验测得微米和纳米钛粉的粉尘层火蔓延速率分别为13.60和500.57mm/s,均大于理论模型计算结果.研究结果对微细钛粉的层火灾安全评价和工业防火防爆设计具有参考价值.     

聚乙烯粉体粒径对静电放电点火的影响

运用标准粉尘爆炸测试装置Hartmann管分别测试了聚乙烯粗料与经过筛分的聚乙烯粉尘的最小点火能量,通过将不同形式的静电放电能量与最小点火能量的测试结果进行比较,分析了聚乙烯粉体粒径对静电点火的影响.研究结果表明,聚乙烯粉体的最小点火能量和最大粒径近似成指数关系.对未经过筛分的原始粉尘,各种形式的静电均无法将其点燃;对粒径小于0.5 mm的聚乙烯粉体,可以排除电晕放电、刷形放电和堆表面放电作为点火源的可能性,火花放电和传播型刷形放电是可能的点火源,有效预防火花放电和传播型刷形放电便能阻止聚乙烯闪爆的发生.     

滚筒结构参数对粉尘爆炸率的影响

通过假设与简化,建立了采煤工作面粉尘爆炸率与采煤机滚筒设计参数间关系的数学模型.以国产某型滚筒式采煤机为例,采用计算机模拟的方法得到了采煤机滚筒直径、螺旋叶片头数与粉尘爆炸率之间的关系曲线.通过分析,确定了各参数对粉尘爆炸率的影响,为预测不同结构滚筒参数的采煤机对粉尘爆炸率的影响,完善采煤机工作性能的评价体系,改进滚筒设计,减小采煤机的截割粉尘,降低粉尘爆炸率,提高煤炭生产的安全性提供理论依据.     

中国油页岩粉尘爆炸特性实验研究

为掌握中国油页岩粉尘爆炸特性,利用标准测试装置对国内4个主要矿区的油页岩样品进行了粉尘着火敏感度及爆炸猛度实验研究,并和煤粉尘的爆炸特性进行了对比分析.结果表明,粉尘层最低着火温度为240~280℃,粉尘云最低着火温度为440~560℃,与烟煤热引燃敏感性近似;油页岩粉尘云最小点火能为0.2~16 J,分布范围较宽,其大小与样品挥发分含量负相关;粉尘爆炸下限为200~225 g/m3,高于烟煤;爆炸猛度在300~2 500 g/m3质量浓度范围内表现先增后减的趋势,最大值为烟煤的2/3.研究结果对了解中国油页岩粉尘爆炸危险性、选择工艺防爆方法具有参考价值.