液化气储罐受热引爆机理分析

沸腾液体膨胀蒸气爆炸(boiling liquid expanding vapor explosion,BLEVE)是过热液体整体沸腾迅速膨胀引发的爆作.液化气罐在储运中时有BLEVE在发生.基于英国健康与安全署的关于液化气罐在火焰包围环境下的实验结果,分析了储罐受热后其内部压力、罐壁温度变化及储罐介质排放等一系列热物理过程及各相关因变量之间的相互关系.据此介绍了可以模拟储罐受热引发BLEVE现象的压力液化气仿真软件PLGS99的物理模型与数学模型,并在此基础上详举实例讨论了储罐受热引发BLEVE爆炸的机理.     

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。     

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。     

球形容器泄爆及其外部伤害效应

为了研究球形容器泄爆及其外部伤害效应,利用小球容器和大球容器建立了2种尺寸的球形容器泄爆测试系统。在研究球形容器泄爆内部压力变化特性时,利用大、小球容器分别开展了无膜泄爆和泄爆片泄爆2种实验,得到了如下结论:当大、小球容器泄爆时,随着泄爆口直径的增加,最大泄爆压力减小,压力上升速率减小,正压持续时间减小;当无量纲化泄压比较小时,无膜泄爆峰值压力随泄压比的增大而减小,且呈线性变化。在研究球形容器泄爆外部伤害效应时,分别进行了大、小球容器压力伤害范围实验,获取了大、小球容器泄爆口周围空间不同位置处的压力峰值,并结合超压伤害阈值标准,判断其对人员的伤害作用,从而划定了压力伤害的范围。     

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。     

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。     

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。     

粉尘隔爆翻板阀功能实验与模拟研究

为探究粉尘隔爆翻板阀功能的影响因素及其作用机理,基于1m³爆炸测试系统,以玉米淀粉为介质,进行DN600隔爆翻板阀的功能实验研究,并利用Fluent软件建立二维同尺寸燃烧仿真模型,采用动网格技术6DOF求解翻板动态关闭过程,对隔爆阀安装在不同距离时的粉尘爆炸过程进行数值模拟.结果表明,模拟得到的压力发展、火焰传播及翻板关闭过程与实验一致;翻板关闭速度主要受粉尘爆炸压力上升速率影响,爆炸压力上升速率越大,关闭速度越快,并在翻板后方产生负压形成回流;且得到实验条件下隔爆翻板阀最小安装距离是其管径的6~7倍.     

导管长度和通径对粉尘爆炸泄放火焰的影响

为研究高开启压力条件下泄爆导管对粉尘爆炸泄放火焰传播的影响,采用FLACS软件模拟了20 L球形装置粉尘泄爆过程,研究了不同导管长度（0~10 m）和导管通径（50~130 mm）对粉尘爆炸泄放过程中火焰形态、温度、长度的影响规律。结果表明,增加泄爆导管长度可降低泄放火焰的温度;加装泄爆导管后,粉尘爆炸泄放火焰锋面形态由“半弧形”转变为“刀锋状”,且对最大泄放火焰长度影响显著;导管通径较小时,导管长度越长,泄放火焰长度越短;导管通径较大时,泄放火焰长度随导管长度的增加先增大后减小。     

点火位置对甲烷-空气预混泄爆容器结构响应影响研究

为研究点火位置对甲烷-空气预混泄爆容器结构响应的影响,利用自主搭建的甲烷泄爆容器结构响应测试系统,研究不同点火位置条件下的甲烷-空气预混气体泄爆作用下的舱体结构响应特性,结合内部超压、火焰演化和固有频率等特征探究点火位置对泄爆容器结构响应的影响机制。研究表明:泄爆过程中容器振动响应和内部超压均出现双峰值,点火位置的改变对两峰值的影响规律不同。点火位置的改变对容器内部火焰前期的发育、传播及内部超压特性有着一定的影响,泄爆初期容器低幅值振动响应受点火位置的影响较为有限。泄爆后期的高幅值振动响应随点火位置远离泄爆口而快速降低,底部点火泄爆时高幅值振动响应消失,为热声不稳定现象因点火位置的不同受到抑制。泄爆口附近点火将有较大幅值的振动响应以及更大能量的高频振荡。研究成果有助于全面地分析泄爆容器及其附属装置受爆炸冲击后的振动损伤状态,评估可能存在的损伤模式等。     

火灾环境下储罐热响应行为的数值模拟

建立火灾环境下的储罐热响应模型,针对立式储罐进行数值模拟.计算结果表明储罐压力响应速率随充装率的增大而增大,随热流密度的增大而增大,随储罐壁面材料传热系数的增大而增大;储罐内部介质温度响应数率随充装率的增大而减小,随储罐壁面材料传热系数的增大而增大.     

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.     

惰性气体泄爆实验与数值模拟

对惰性气体在3种不同压力下的泄爆进行了实验,并分别获得了流场图像、实验中气源出口截面的气体静压与周围环境静压之比分别为1．2、2．0和2．5。同时应用改造后的高阶精度MUSCL差分格式,对泄爆流场进行了数值模拟,将计算结果和实验结果对比后,发现两者吻合。根据射流动力学理论,分析了产生这种波系结构和流场压力变化的原因。当压力比为1．2时,波系为驻波形式;随着压力比的增加,射流波系中出现激波结构;当压力比达到2．5时,流动变为高度欠膨胀,波系中的激波在强度和直径上得到了加强。结果对进一步研究可燃性介质的泄爆过程,提供了可供参照的图像和数据。     

基于支持向量机的泄爆压力峰值预测模型

在现有的气体爆炸泄爆实验及理论研究的基础上,归纳总结泄爆过程中影响容器内压力峰值的主要因素,将这些因素作为输入,对压力峰值与各因素之间的内在非线性关系进行模拟,提出一种基于支持向量机的容器内气体爆炸泄爆压力峰值预测方法。对模型的有效性及预测性能进行验证,表明模型预测的结果与实验值基本一致;将模型的预测性能与现有的经验、半经验公式以及泄爆设计准则进行对比,表明建立的模型具有较高的准确性,为容器泄爆设计提供了一种新的途径。     

中尺度管道内瓦斯爆燃压力火焰传播特性初步研究

以华北科技学院瓦斯爆炸实验室为实验平台,自行研制了一套火焰信号采集系统,对瓦斯爆燃过程中的前驱冲击波和火焰传播特性进行了研究。在相同的初始条件下分别进行了破膜和固壁反射两种工况下的压力火焰传播特性实验。结果表明:爆炸激波管反射端不同的边界约束,较弱的膜片(类似于泄爆膜片)和固壁(强约束)对冲击波和火焰的反射作用效果不同,根据超压大小,可判断膜片泄爆可更好地减小冲击波峰值和持续时间。火焰面宽度和速度有不可重复性特征,说明了中尺度管道爆燃火焰呈现了湍流不稳定性,也验证了DDT过程是非定常的。     

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。     

干法静电除尘器泄爆阀性能测试试验

 干法静电除尘器泄爆阀是静电除尘器的安全保障设施。本文设计了泄爆阀测试试验装置,对泄爆阀的性能(包括静态加压性能、整定压力、回座压力、泄爆性能)进行了试验研究。结果表明,所研制泄爆阀3级弹簧弹性模量选用适合,其行程和压力关系与国外同类先进产品基本一致。泄爆阀整定压力约5kPa,回座压力约4.6kPa,达到设计要求;整定压力偏差、启闭压差符合要求。瓦斯爆炸模拟泄爆试验表明,泄爆阀在爆炸条件下能够发挥其泄爆性能并复位,动态压力-行程曲线与静态测试曲线一致。     

应用流固耦合理论研究套损机理

根据油藏渗流与变形耦合作用理论,应用三维有限元模拟软件,对注水井泄压过程中井底套管内流体压力与地层中孔隙压力巨大压差导致套管外载的增加进行计算模拟.以实测岩石和套管强度参数为依据,采用调整地层压力、渗透率、有效厚度等条件,对不同泄压速度产生的压力变化规律进行了研究.研究结果表明,在其他地层条件都相同的条件下,渗透率越低,放喷相同流量时套管承受的挤压力越大;压差越大,套管承受的挤压力越大.由泄压与套管挤压力关系图版可以确定注水井作业、测试、洗井等过程中的允许泄压速度界限,控制该界限能防止套管损坏.     

LPG储罐泄漏喷射火灾过程模拟

喷射火灾是指由具有一定压力的单相或两相可燃介质从有限大小的出口泄漏,遇到火源而引起的火灾.液化石油气(LPG)储罐由于化学、机械或热冲击等不同原因发生泄漏时,储罐内气液两相介质在巨大的压差下从泄漏口喷出,遇到火源即形成喷射火灾,极易造成严重的危害后果.运用FDS软件,模拟了有风和无风条件下LPG储罐连续泄漏造成的喷射火灾情况,得到了火焰的热辐射变化规律和火焰发生发展情况.模拟结果表明,对于所研究的特定情况,为了避免人员伤亡和设备损坏,安全半径至少应设置在距离火焰中心25m以外.这一结果与文献中采用点火源模型预测的结果吻合良好,表明所建模型是可行的.