丝网结构对连通容器抑爆效果的影响

为了考查多层丝网结构对连通容器内气体爆炸的抑制作用,以甲烷-空气混合物为研究对象,利用0.022m3和0.113m3 2个球形容器与一段2m长的管道构成的连通容器进行了一系列丝网结构的抑爆实验,对比分析了20,40,60目和1,3,5,7,9层等不同丝网结构对连通容器的抑爆效果,并通过理论分析和数据处理得到最佳的抑爆结构。结果表明,丝网结构对传爆容器中的爆炸强度的影响要大于起爆容器;当丝网层数较少时,目数对大、小球的爆炸压力影响较小,丝网结构对连通容器不但没有抑爆作用,反而有增加爆炸强度的作用;当丝网层数较多时,目数对大、小球的爆炸压力影响较大;当丝网目数相同时,层数越多,爆炸抑制效果越好。实验条件下,5层和7层分别是40目和60目丝网结构抑爆的临界层数;与5层40目丝网结构相比,7层60目的丝网抑爆效果更好。因此,在实际设计中,应根据其综合作用选择最佳的抑爆结构。     

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。     

抑爆位置对连通容器甲烷空气混合气体爆炸的影响

以甲烷-空气混合物作为研究气体,用两个不同尺寸的球形容器和三段管道组合成不同结构的连通容器,进行多次爆炸实验,对比分析不同抑爆位置条件下球形容器与管道末端的最大爆炸压力与最大爆炸压力上升速率。结果表明:抑爆位置对连通容器混合气体爆炸产生一定影响;连通容器的最佳抑爆位置与管道长度有一定的关系;对于球形容器与一段管或两段管构成的连通容器中,抑爆位置对气体爆炸影响不大;对于两个球形容器与三段管构成的连通容器中,抑爆位置对连通容器混合气体爆炸影响较大,在管道中后段加入丝网结构抑爆效果最佳。在实际生产设计中,应根据具体应用条件和要求,全面考虑选用最佳的抑爆位置。     

初始压力对连通容器甲烷-空气混合物爆炸压力的影响

建立小球形容器与两段管道连接、2个球形容器与3段管道连接的2种形式的爆炸实验装置,通过实验分析和理论分析研究初始压力对连通容器甲烷-空气混合物爆炸压力的影响。研究发现:相同条件下,球形容器接管后甲烷最大爆炸压力与初始压力呈近似的线性关系。连通容器甲烷爆炸时起爆容器压力始终低于传爆容器压力,起爆容器不同,两个容器内最大爆炸压力差均随着初始压力的增加逐渐增大。初始压力对不同结构和尺寸的球形容器、容器接管和连通容器甲烷最大爆炸压力的影响程度不同,可以用最大爆炸压力随初始压力的变化速率表示,最大爆炸压力变化速率越高,初始压力影响越大。     

甲烷-空气预混气体泄爆作用下容器振动响应特性

利用自主搭建的气体泄爆容器动态力学响应测试系统,研究甲烷-空气预混气体泄爆过程中实验舱的振动响应特性,并结合舱内部超压、火焰演化和实验舱固有频率等特征,探讨前述实验舱动态力学的响应机制.研究发现:1)泄爆过程中实验舱动态力学响应存在明显的双峰现象,且两者的幅值、频谱均存在较大差异; 2)低幅值振动与舱内气体冲击波特征密切相关,其主要由初始火焰传播、外部爆炸、亥姆霍兹振荡和泰勒不稳定性等因素综合影响导致; 3) 480和980 Hz的高幅值振动主要为舱内声波和火焰耦合作用触发高频振荡导致;而1 100 Hz左右的高幅值振动主要为受冲击后实验舱的自由振动,由舱固有频率决定.     

球形容器泄爆过程影响因素的数值模拟

为了研究球形容器内气体泄爆过程的影响因素及压力传播的基本规律,从能量守恒方程、质量守恒方程、动量守恒方程及化学组分平衡方程出发,建立了泄爆的数学模型,采用k-ε湍流模型和涡耗散概念模型即EDC燃烧模型,利用Fluent软件对该过程进行数值模拟,得到泄爆过程中不同时刻监测点的压力。用响应面曲线的方法讨论泄孔比、泄爆压力、容器体积对球形容器泄爆过程的影响,结果表明:泄孔比越大,危险系数越大;破膜压力过大或过小都将增大危险性;容器体积越大,越容易产生危险。因此,实际球形容器防爆泄压中,合理控制泄爆孔径、破膜压力和容器体积将对泄爆过程中产生的影响及泄爆效果至关重要。     

N2对甲烷-空气预混气体爆炸火焰传播稳定性的影响

为了探究N2惰化作用对甲烷-空气预混气体火焰稳定性的影响,利用自主搭建的1m3球形爆炸实验系统,实验研究了球形火焰稳定性及其影响因素。通过研究结果表明,仅改变甲烷浓度：贫燃条件下,热-质扩散不稳定性与流体力学不稳定性的共同作用是火焰前期失稳的主要因素,在甲烷浓度在化学计量比附近时,火焰稳定性最弱;继续增大甲烷浓度,热扩散因素开始制约D-L不稳定性对火焰表面扰动的影响,因此甲烷浓度为13%的火焰稳定性仅略大于10%的甲烷浓度。随着甲烷浓度向爆炸极限靠近时,可以明显观察到火焰上浮,浮力不稳定性成为主导因素。改变氮气添加比：相较于热-质扩散不稳定性,流体力学不稳定性对氮气添加比的变化更为敏感,添加比大于8%时,在流体力学不稳定性影响下,火焰稳定性迅速增强。     

内置障碍物连通容器内气体爆炸的火焰传播

利用数值模拟方法,建立连通容器气体爆炸模型,模拟内置障碍物条件下的火焰传播过程。分析障碍物不同阻塞率、位置对连通容器气体爆炸的火焰传播、爆炸压力和强度的影响情况。结果表明:当火焰经过障碍物时,障碍物加速了火焰传播,但不同障碍物条件对整个火焰传播过程的影响有差异。     

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。     

聚氯乙烯树脂层对球罐爆炸碎片连锁破坏概率的影响

依据塑性理论分析聚氯乙烯树脂保护层存在条件下的碎片抛射与破坏目标的过程,提出碎片穿透保护层的厚度与动能消耗的计算模型,并根据碎片抛射方程确定碎片碰撞及引发目标连锁破坏的概率。以球罐为例,应用Monte-Carlo法模拟了保护层对爆炸碎片连锁破坏效应的影响规律。结果表明:保护层可占有较大的破坏概率,显著减少目标破坏的可能性,目标连锁破坏概率由于目标穿透破坏概率的下降而平均降低了约4个数量级。偏差分析显示,保护层对连锁破坏概率的降低程度超过了99%。碎片连锁破坏概率随保护层厚度的变化呈现指数递减关系。研究结果可为球罐防护措施的合理选材与设计提供理论依据,为降低多米诺效应出现的频率,应最大限度地避免罐体本身与碎片的接触。     

管道内多层金属丝网对预混可燃气体爆炸火焰传播的影响

为了研究抑爆材料对可燃气体爆炸火焰传播的影响,设计加工了横截面积为200 mm×200 mm的方形实验管道,且在其内进行无抑爆材料和安装多层金属丝网条件下预混可燃气体爆炸火焰传播影响的实验,并通过高速摄影仪进行火焰传播的全程拍摄。结果表明,预混可燃气体爆炸火焰在管道内的传播速度和结构都不稳定,出现来回震荡的现象,而多层金属丝网对预混可燃气体爆炸火焰传播具有很大的影响,可以完全淬熄较弱的爆炸火焰。研究结果对煤矿瓦斯爆炸的防治具有重要的理论和实际价值。     

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。