狭长受限空间油气爆炸实验研究

为研究狭长受限空间中油气爆炸超压和火焰传播规律,搭建了狭长受限空间油气爆炸实验系统,并在狭长受限密闭管道中进行了油气爆炸实验。通过采集爆炸超压值、火焰强度值以及对燃烧产物成分进行分析,得到以下结论:距离点火端越远,最大爆炸超压值越大,但由于管壁的耗散效应以及油气体积分数的减小,导致靠近管道末端的压力有所下降;随着初始油气体积分数的增大,最大爆炸超压值和火焰传播速度先增大再减小;管道末端发生二次爆炸,在前驱冲击波过后,由于未燃气体压缩以及一次爆炸产物活性高等原因压力出现第2个峰值;在前驱冲击波的反射波以及水的不断冷凝、蒸发作用下,压力出现往复振荡现象;高油气体积分数下,燃烧反应不完全,产物更多以低碳烃类和CO为主。     

受限空间内局部油气爆燃超压与火焰传播特性

对不同体积分数油气爆燃超压特性进行研究,发现爆燃超压-时间变化规律可归纳为3种形式;对火焰传播过程进行可视化研究,发现传播过程可分为5个阶段,且出现了tulip火焰;对火焰行为进行研究,得出爆燃升压速率振荡是由火焰与压力波相互作用引起的;对油气爆燃的超压峰值、爆燃时间、平均升压速率和爆燃孕育期进行研究,得到实验工况下由于局部积聚油气爆燃后,未燃气体得到氧气补充发生化学反应,导致最大爆燃超压峰值出现在当量比1.2处,而爆燃时间、爆燃孕育期的最小值和平均升压速率的最大值出现在化学当量比附近。     

油气爆炸抑制实验装置的抑爆特性

为研究气态抑爆介质对洞库管路系统油气爆炸的抑制作用,研制了主动式油气爆炸抑制实验装置,搭建了洞库管路系统油气爆炸抑制实验系统。以CO2为抑爆介质,进行了油气爆炸抑制实验,与无抑爆介质条件进行了对比,并分析了火焰强度、爆炸超压值、火焰传播速度和爆炸产物等特性参数变化情况。结果表明:抑爆器通过喷射CO2,对爆炸火焰强度、持续时间有明显的抑制作用;在CO2作用下,最大爆炸超压值和最大火焰传播速度分别下降了34.21%和54.48%;通过分析油气爆炸燃烧产物,可知在CO2作用下,有较多油气并没有参与燃烧反应或者反应不完全。     

氧气体积分数对油气爆炸特性的影响

作为燃烧和爆炸三要素之一,氧气体积分数的控制对于爆炸事故的防治具有重要意义。实验研究了氧气体积分数对汽油蒸气-空气混合物（简称油气）爆炸极限和爆炸压力的影响。结果表明：随着氧气体积分数的降低,油气爆炸下限呈一阶指数规律缓慢增大,油气爆炸上限呈线性规律迅速减小;爆炸极限范围由0.92%~3.76%缩小为1点,该爆炸极限临界点为1.22%,对应的临界氧气体积分数为11.4%;油气的最大爆炸压力和最大压力上升速率随着氧气体积分数的降低而减小,油气体积分数越大,氧气体积分数影响越显著。     

含弱约束结构受限空间油气爆炸外部火焰特性

构建了含弱约束结构受限空间油气爆炸实验系统,基于模拟实验对外部火焰特性进行了研究。结果表明:火焰形态变化主要受Rayleigh-Taylor不稳定、Helmholtz不稳定、斜压效应、热流推举作用的影响;火焰发展模式受初始油气体积分数影响,在低和中油气体积分数条件下,火焰发展模式为强爆燃;在高油气体积分数条件下,火焰发展模式为泄流后的定压燃烧;初始油气体积分数为1.79%时,火焰发展范围达到最大,高度为0.8 m,直径为0.6 m。     

管道端部无约束条件下油气爆燃的数值模拟

基于具有多种控制机理的油气爆燃理论,建立了RNG k-ε湍流模型和有限速率/涡耗散化学反应速率模型直接耦合的油气爆燃二步反应模型,模拟了管道端部无约束条件下体积分数为1.4%的油气爆燃,通过对比实验研究了油气超压-时间特性以及火焰传播特性。结果表明:在一端开口的管道中油气超压-时间变化规律呈现出典型的Helmholtz振荡,超压出现多峰值现象,原因可能是Helmholtz振荡、Ray-leith-Taylor不稳定性和斜压效应共同作用的结果。对实验和数值模拟的超压-时间曲线和火焰形态进行对比,验证了本文数值模拟模型具有较高的精确度。     

半封闭空间钨丝点燃油气特性研究

为研究钨丝点燃油气着火爆炸特性,建立了半封闭容器着火爆炸实验平台。通过高速摄影仪拍摄的火焰传播过程,研究不同油气体积分数下的着火模式。根据高频动态压力传感器采集的容器内压力变化情况,分析不同油气体积分数下的着火规律。结果表明,着火模式有燃烧、爆炸和爆燃后持续燃烧3种;爆炸和爆燃后持续燃烧都会形成"压力双峰"现象,而燃烧只产生1个压力峰值;不同着火模式的反应总时间、最大压力上升速率和下降速率均存在突变现象;油气着火爆炸过程中,火焰和压力波之间形成了强烈的耦合作用。     

T型分支坑道对油气爆炸传播特性的影响

为研究T型分支坑道对油气爆炸传播特性的影响,通过对比实验,测定了相同初始条件下T型分支坑道和直坑道中油气混合物爆炸的火焰传播速度和爆炸波超压值。利用高速摄影仪,记录了火焰传播至T型分支坑道时的火焰阵面变化情况,并对T型分支坑道中油气混合物爆炸的传播情况进行了理论分析。结果表明：T型分支坑道对油气混合物爆炸的影响可以视为面积突扩和障碍物扰动双重作用的影响;火焰经过支坑道时,火焰阵面发生扭曲并产生皱褶,表面积增大导致火焰传播速度增大;T型分支坑道处,大量反射波和绕射波进入波后反应区,加强了气流湍流强度,并推动已燃气体回传,迅速提高了燃烧反应速度和能量释放率,起到了增大火焰传播速度和爆炸波超压值的作用。     

顶部开口条件下油罐油气爆炸数值模拟

根据油罐油气爆炸特性,基于RNG k-ε湍流模型、Finate-Rate/Eddy-Dissipation化学反应模型和相应的控制方程,采用SIMPLE算法对顶部开口条件下油气爆炸发生与发展过程进行了数值模拟。基于数值模拟结果分析了顶部开口条件下油罐油气爆炸罐外超压和火焰特征,与实验结果吻合良好,该模型可以用来预测顶部开口条件下油罐油气爆炸强度。     

细水雾灭室内池火实验研究

实验研究了燃烧热释放速率和腔室开口面积对细水雾灭室内池火的影响.结果表明,开口面积一定时,灭火时间随池火燃烧热释放速率先减小后增大;燃烧室全封闭时,灭火时间随燃烧热释放速率单调下降.当燃烧热释放速率一定时,开口面积越小,极限氧气浓度越低,表明燃烧产物对燃烧的抑制作用增加;开口面积一定时,随着燃烧热释放速率的增加,极限氧气浓度出现先减小后增大的变化规律,表明水雾对燃烧的抑制作用先降低后增加.     

模拟油罐油气混合物爆炸实验与数值仿真研究

对模拟油罐内油气混合物爆炸冲击波特性进行了研究.在直径为1 m的模拟油罐中进行了油气混合物爆炸模拟实验,建立了模拟油罐油气混合物爆炸的数值仿真模型,并借助大型商业软件Fluent6.2完成了数值仿真研究.数值仿真结果与实验值较为吻合.模拟实验和数值仿真研究的结果表明:油气体积分数、罐内初始温度等决定模拟油罐油气混合物爆炸压力的大小.油罐内爆炸压力波的振荡特性对金属油罐结构来说是有害的.     

狭长密闭空间油气爆炸燃烧数值研究

基于不同控制机理制约不同反应步骤的分步反应燃烧机理,建立了RNG k-ε湍流模型和层流有限速率/涡耗散燃烧模型直接耦合的燃烧模型,采用TVD有限体积法,对充满等体积油气预混气的狭长密闭空间油气爆炸燃烧发生与发展过程进行了数值模拟.为了验证模型的正确性,根据计算结果分析了爆炸流场出现的火焰、压力波和化学反应等特征.所得计...     

鱼雷命中后舰船的载荷计算和剩余强度评估

以某舰船为例,计算了鱼雷在舰船底部非接触爆炸使舰体结构产生破损后由于进水引起的浮态和载荷变化,给出了鱼雷命中破损后波浪弯矩随不同破损部位、不同进水体积的变化规律.计算了破损舰船的弹塑性极限弯矩,并对舰船的剩余强度进行了评估.计算结果表明,鱼雷命中的最危险位置是船中,外载荷的增大和结构承载能力的减小使舰体结构在单发命中时也可能失效.     

不同初始条件下乙醇-空气预混合气层流燃烧火焰结构分析

给出了一个扩展的乙醇化学反应动力学机理并给予了验证。利用此扩展机理分别计算了不同初始条件下乙醇-空气混合气一维层流自由传播火焰中反应物、自由基、碳基中间产物和燃烧产物的分布规律,预测了NOx的浓度分布曲线。对于乙醇-空气火焰,得到的主要结论有：主要自由基OH、H和O浓度随初始压力增加而减小;随初始温度增加而增加;随氮气稀释度的增加而减小。自由基浓度随初始条件的变化规律部分地解释了实验和计算得到的层流燃烧速度随初始条件的变化规律。     

FAE野外空中爆炸效应实验研究及其一次起爆机理探讨

野外进行1．8kg的FAE静爆实验,采用不同配方的纯固态燃料和液一固混合燃料与等质量的TNT对比分析。实验结果表明,FAE的爆炸效果明显优于等质量的TNT,而纯固态FAE爆炸性能强于液一固混合FAE;FAE爆炸后测到的超压分布呈现单调减趋势,这是由于测量点都分布在云爆区范围之外;FAE的云雾分散效果优于等质量的TNT装药,火焰持续时间也长。通过高速摄影图片看出,合适配方的纯固态无约束的FAE弹体火球的持续时间与有约束的液一固混合FAE弹体相当。分析了纯固态FAE爆炸后超压峰值时刻与火球最大直径时刻不同步的原因,探讨了纯固态FAE一次起爆机理。     

铝溶胶对水泥基材料性能的影响及机理

以铝溶胶为掺合料,研究了其质量分数对水泥基材料力学性能的影响,并通过水化热测试、XRD和SEM观测等手段对其机理进行了分析。结果表明:随着铝溶胶质量分数的增加,水泥砂浆试样流动度不断降低,各龄期抗折与抗压强度呈现出先增大后减小的趋势,铝溶胶质量分数为2%时,强度均达到峰值;向水泥浆体中掺入铝溶胶,其水化放热速率增大,水化诱导期缩短,从而加快了水泥水化进程;另外,随着铝溶胶的掺入,消耗了水泥水化生成的Ca(OH)_2,生成了更多对强度有利的C-S-H、C-A-H等凝胶,使得水泥砂浆试样微观结构更加均匀、密实,从而提高了其密实度和强度。     

Q_2黄土调整吸力的非饱和三轴压缩试验研究

通过对Q2黄土进行调整吸力的非饱和三轴压缩试验,研究了浸水湿化程度对Q2黄土力学特性的影响。试验表明:不同浸水湿化程度的Q2黄土,其应力应变曲线为弱软化型,浸水湿化程度越高,软化程度越弱,浸水湿化至饱和时可近似看作理想硬化型;轴向应变较小时,Q2黄土的天然结构保持良好,应力随应变的增大而增大,随着轴向应变进一步增大,其天然结构逐渐被破坏,应力随之先缓慢上升后逐渐减小直至稳定;浸水湿化会同时引起土体应力状态和土体结构的改变,屈服应力随浸水湿化程度的提高而减小,在浸水湿化接近饱和时屈服应力变化最快,土体结构变化最大;形成年代早的Q2黄土细粒质量分数高,结构特征区别于Q3黄土,因而呈现出不同的力学特征。     

二级增压系统低压级涡轮进口旋流对性能影响研究

针对高功率密度柴油机二级增压涡轮系统高压级涡轮出口旋流导致低压级涡轮效率降低的问题,建立了涡轮三维流动仿真模型,通过对涡轮进口分别施加顺时针和逆时针旋向的旋流模拟低压级涡轮进口旋流,研究了旋流旋向对涡轮效率的影响机理,以及涡轮效率差值随旋流强度及涡轮速比的变化规律。结果表明:涡轮进口旋流导致了涡轮叶轮进口气流攻角和速度沿叶高的变化,而对涡轮效率产生明显影响,但旋向对涡轮效率影响程度不同;当涡轮速比一定时,不同旋向条件下的涡轮效率差值随进口旋流强度增大而增大;当进口旋流强度一定时,2种旋向条件下的涡轮效率差值随涡轮速比的增大呈现先减小后增大的变化趋势。     

大气对流层气体组分随高度变化的理论预期

利用大气对流层温度随高度变化的规律,采用局部平衡的多分子混合模型,从理论上论证了对流层气体组分随高度变化的规律,发现大气各主要成分体积分数、分子平均摩尔质量均随高度线性变化,并拟合数值计算结果得到了相关参数。氧气的相对体积分数随高度明显下降,而氮气的相对体积分数却明显上升;但是相比于温度随高度的变化,大气分子平均摩尔质量的改变可以忽略。该理论比以往其他模型预测大气压强随高度变化规律具有更自然、更接近实际的优势。     

电缆高辐射热通量下燃烧性能实验研究

利用锥形量热仪对国产典型PVC电缆进行实验研究,分析其在高辐射热通量条件下的热释放速率（HRR）、质量损失速率（MLR）、比消光面积（SEA）、CO产率、火灾性能指数（FPI）、点燃时间（TTI）随直径的变化规律,以及不同热辐射通量对这些燃烧参数的影响。实验结果表明：在相同实验条件下,PVC电缆的HRR、MLR、SEA、CO产率均随直径的增大而增大,FPI随直径的增大而减小,火灾危险性增大;电缆直径的变化对点燃时间影响不大;随着热辐射通量的增大,PVC电缆的点燃时间缩短,HRR、MLR增大,其峰值也增大,烟释放速率（SPR）和总烟释放量（TSR）增加,FPI减小,火灾危险性增大。