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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

实体PDC钻头流场数值模拟与实验验证

利用计算流体动力学技术对聚晶金刚石(PDC)钻头(型号为BK432)的三维湍流进行了数值模拟。模拟中考虑了钻头的切削齿和射流喷嘴对流场的影响。流场的网格划分采用局部加密的混合网格形式,保证了计算精度和运算速度。流场的三维模拟结果揭示了钻头流场存在低速区、回流区和滞流区域,为钻头水力结构优化分析奠定了理论基础。为了对数值模拟的结果进行检验,建立了PDC钻头流体测试实验台架,利用粒子成像测速技术对PDC钻头4个喷嘴的出口流场进行了测试。将测试的喷嘴轴向速度与数值模拟结果进行了对比分析,两者吻合较好。     

爆磁压缩发生器电枢膨胀过程数值模拟

运用ANSYS/LS-DYNA3D有限元程序对爆磁压缩发生器电抠膨胀过程进行数值模拟,从数值模拟结果与实验结果的对比来看,结果基本相符,证明选取的模型参数是比较合理的,证明此数值模拟的方法是可行的.     

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。     

高静态动作压力下粉尘爆炸泄放标准的可靠性

粉尘爆炸泄放设计标准的可靠性对能否实现爆炸防护尤为关键.以中径70μm石松子粉尘为介质,采用20 L球形粉尘爆炸装置进行了4种泄放口径、静态动作压力在0.12~0.6 MPa的爆炸泄放实验,对比了实验值与NFPA 68和EN 14491计算值.结果表明,NFPA 68在预测高静态动作压力下的泄放面积时,随着泄放口径的增大,预测结果由保守变为危险,但预测结果精度较好且数值稳定;EN 14491在预测高静态动作压力下的泄放面积时非常保守,预测精度较差,数据不可靠.依据两种标准推荐的经验函数关系,分析了NFPA 68和EN 14491在预测高静态动作压力时产生这种差异的原因.     

球形封闭容器中铝粉爆炸的数值模拟

该文采用均匀两相流模型,对20升球形封闭容器中铝粉爆炸特性作了数值模拟,并对一些爆炸参数:压力、温度、密度和质点速度等进行了分析与讨论,计算结果与实验值符合较好。     

管道中瓦斯爆炸过程的数值模拟

利用AutoReaGas软件对封闭的长直管道内瓦斯爆炸进行了数值模拟,研究了瓦斯的浓度对爆炸超压影响的规律. 在此基础上,进一步研究了障碍物个数和阻塞比对瓦斯爆炸超压和火焰传播速度的影响. 数值结果表明,在无障碍物的管道中,当瓦斯浓度为化学当量浓度时,爆炸超压值最大;在带有障碍物的管道中,火焰速度值随着障碍物数量的增加先增大后减小;当障碍物个数一定时,最大爆炸超压和火焰速度随阻塞比增大而增加.     

蒸气爆炸过程中压力波冲击气泡现象的数值模拟

为了进行高温金属铝液与水相互作用产生蒸气爆炸过程中压力波冲击气泡现象的机理研究,采用用Euler坐标下Level set方法追踪界面研究压力波对水下气泡的冲击过程,通过数值模拟可以清楚地看到压力波对水中气泡的冲击过程,并分别对气泡和压力波的不同初始压力条件下的作用过程进行数值模拟. 研究结果表明,气泡破裂后各观测点的最大压力随着气泡内部初始压力的增加呈线性递减;随着入射平面压力波压力载荷的降低,气泡破裂后各观测点的最大压力不断递减.      

抗爆门冲击动力响应的数值模拟研究

对应用于石化、核电、军事等行业的抗爆门开展动力学响应数值模拟研究.以DBD-AD150*240型抗爆门作为研究对象,进行爆炸冲击波作用下的动力学相应分析.研究在不同抗爆等级条件下,抗爆门的应力、应变能否满足抗爆要求,明确抗爆门的抗爆等级.结合三明治复合管结构的冲击吸能方式,对抗爆门抗爆能力进行改善.通过数值模拟研究,明确了所研究抗爆门的抗爆等级.确认在抗爆门上采用三明治复合管结构的情况下,抗爆门的抗爆能力可以得到明显增强.     

水下爆炸环肋圆筒损伤特性实验及数值模拟

根据鱼雷舱段壳体的特点提出一种内部带有环肋、两端连接配重的缩比圆筒结构模型,针对模型的损伤特性进行水下爆炸实验,并利用Autodyn软件对实验进行数值模拟计算. 结果表明,圆筒在不同爆距下产生塑性变形和破裂的损伤形式;气泡上浮会改变二次压力波的初始方位,造成水平方位圆筒的非对称损伤形态;当爆距较小时,冲击波造成壳体局部凹坑或破裂,而二次压力波则造成迎爆面整体变形. 比较数值模拟与实验结果可知,计算模型能够描述冲击波对圆筒的作用特性.      

水下爆炸气泡脉动的实验及数值模拟

用实验方法研究球形TNT炸药及柱形含铝炸药水下爆炸冲击波传播及气泡脉动规律.应用有限元程序MSC.DYTRAN,结合流固耦合技术模拟在重力影响下气泡脉动的全物理过程.计算结果与实验结果进行对比说明,二者具有较好的一致性,验证了有限元模型正确、有效,结果准确.以此为基础,分析和总结了状态方程对水下爆炸气泡运动相关参数的影响.有限元模型、方法及计算结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值.     

桥箔电爆炸驱动飞片的数值模拟

为了研究桥箔电爆炸驱动飞片过程中,桥区宽度和加速膛材料对飞片速度的影响,采用AUTODYN软件对这一过程进行数值模拟.模拟结果表明,相比于0.27 mm、0.30 mm、0.33 mm、0.36 mm和0.42 mm的桥区宽度,0.24 mm桥区宽度所驱动的飞片速度最大.对飞片经铝、镍、铜和氧化铝陶瓷四种材料加速膛剪切后,飞片速度和形貌进行了模拟,结果表明氧化铝陶瓷的硬度大,可以提高飞片速度和剪切效果,且加速膛发生形变小,优于其它三种材料.     

密闭腔室内爆炸效应的数值模拟

为研究密闭腔室内爆炸效应的特性,采用有限元计算方法,对某密闭腔室内中心装药爆炸后流场的产生、传播和壳体动态响应全过程进行了数值研究. 从物理建模、网格划分、求解文件建立和计算结果分析等几个方面进行了较为详细的论述. 计算结果给出了密闭腔室内自由场几个观察点的压力时程曲线、腔室壁面上几个观察点的爆炸载荷压力曲线. 研究结果可以为公共场所等大型建筑物内爆炸效应研究以及结构强度设计提供理论依据.