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。     

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。     

非均匀容积式受限空间油气爆炸超压与火焰特征

设计了20 L非均匀容积式受限空间油气爆炸实验系统,完成了油气在其中的爆炸参数测试实验,获得了超压和火焰参数的变化规律。研究结果表明,超压随时间的变化可分为6个阶段,最大超压为791 k Pa;与20 L标准球形容器相比,非均匀受限空间油气爆炸过程中出现强压力振荡,振荡波峰值随时间的变化可用指数函数描述。火焰强度随时间的变化可分为4个阶段,各阶段火焰形态的变化为:球状蓝色层流火焰→亮黄色火焰→暗红色火焰→火焰熄灭。随着油气初始体积分数的增大,最大超压和平均升压速率呈现出先增大后减小的趋势,最大超压峰值(791 k Pa)和最大平均升压速率(7.4 MPa/s)对应的油气初始体积分数均为1.74%,且最大超压和平均升压速率随油气初始体积分数的变化可分别用二次多项式和三次多项式描述。随着油气初始体积分数的增大,火焰强度也呈现出先增大后减小再增大的变化规律,最大火焰强度为7 300 lux,火焰持续时间呈现出先减小后增大的变化规律,最短持续时间为0.317 s,最大火焰强度和最短持续时间对应的油气初始体积分数均为1.74%。     

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。     

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.     

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。     

斜盘式轴向柱塞泵空化特性分析

针对斜盘式轴向柱塞泵的空化现象,建立了斜盘式轴向柱塞泵全流域模型,采用计算流体力学方法研究了全流域空化特性分布,分析了排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角等工况参数对全流域空化特性的影响规律。研究表明：空化主要发生在吸油区的吸油口、配流盘和柱塞腔区域,空化随气相体积分数增大而加重;排油口负载压力由10 MPa增至30 MPa,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.28%增至6.68%、5.91%增至7.13%、10.03%增至11.23%;缸体转速由2 200 r/min增至3 000 r/min,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.39%增至6.41%、6.26%增至10.54%、7.13%增至10.16%;斜盘倾角由3.64°增至5.64°,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.34%增至6.41%、14.7%降低至13.9%、10.16%增至11.66%。斜盘式轴向柱塞泵在实际设计中,排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角的取值在合理范围内越低越好,斜盘倾角取值存在最优区间。     

不同环境条件油气爆炸极限测试模拟实验系统

针对不同环境条件油气爆炸极限测试的特殊需要,研制了相应的测试实验台架和关键参数测试系统。对标准20L球形爆炸装置进行了改进,使之适用于不同环境条件油气爆炸极限的测定与分析,设计并构建了能够配制不同浓度油气的油气雾化循环配气系统、瞬态压力测试单元、温湿度测试单元和气体组分测试单元等。实验验证与分析结果表明：该模拟实验系统能够满足不同环境条件油气爆炸极限测试分析的需要,也可供其他相似可燃气体（液体蒸气）测试使用。     

油料洞库油气爆炸抑制数值模拟

根据受限空间油气爆炸及抑爆过程的发展规律和机理以及爆炸燃烧和抑爆的特点,建立了基于分步反应控制机理的爆炸燃烧及抑爆模型,解决了爆炸及抑爆发展过程中火焰和压力波相互耦合机制,克服了化学反应与多相流动耦合时计算和存储方面的困难,缓解了控制方程求解时的"刚性",数值仿真结果与实验吻合较好。研究显示,火焰在传播过程中,由于受到湍流和气体流动影响,形状不断发生变化,不是一直加速传播的,而是呈一定波动范围加速传播的;在狭长受限空间内,油气混合物的爆炸压力和火焰速度会大幅升高,不加以抑制将导致严重的破坏后果;在抑爆区由于抑爆剂强烈的物理、化学抑制作用以及两相间进行的能量和动量交换,充满抑爆区的抑爆剂云(雾)能很好地阻断爆炸燃烧火焰的持续传播,从而使爆炸压力失去油气持续燃烧所提供能量的补充而迅速衰减,爆炸传播迅速得到抑制。     

碳纤维混凝土单轴受压应力-应变本构关系

碳纤维混凝土受压应力-应变全曲线研究是对其基本力学性能进行全面认识的基础,也是表现碳纤维混凝土基本受压特性的综合宏观反映。对9组（碳纤维体积分数分别为0,0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%,1.2%,1.4%,1.6%）碳纤维混凝土试件进行了立方体和棱柱体抗压强度试验,结果表明碳纤维混凝土立方体和棱柱体抗压强度随碳纤维体积分数的增加呈下降趋势,峰值应变随碳纤维体积分数的增加呈增大趋势。基于各体积分数碳纤维混凝土的棱柱体抗压强度和峰值应变的试验数据,拟合得到了棱柱体抗压强度和峰值应变与体积分数之间的函数表达式。利用微机控制电液伺服压力试验机测定了9组碳纤维混凝土应力-应变全曲线,参照非线弹性理论的混凝土单轴受压应力-应变本构模型,根据测得的全曲线应力-应变数据,拟合得到了应力-应变全曲线上升段表达式参数和下降段表达式参数,最后给出了基于碳纤维体积分数变化的碳纤维混凝土单轴受压应力-应变本构方程。     

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。     

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...     

地下坑道油气泄漏数值模拟与实验研究

为了研究受限空间油气泄漏的运动规律,及时有效地查明事故隐患,预报和预防各类事故的发生,以挽救人民的生命财产,基于对油气泄漏的分析,建立了油气泄漏的仿真模型.采用压力和速度耦合场的SIMPLE算法,完成了地下坑道油气泄漏过程的数值模拟研究,数值模拟结果与实验结果吻合较好.研究发现,地下坑道的油气泄漏可分为4个阶段:孕育阶...     

热壁条件下油气热着火关键因素探究

设计了受限空间内高温热壁条件下的油气热着火的实验系统.基于系统的实验和分析,探究了受限空间环境温度、湿度、压力、热壁温度对油气热着火发生的影响.实验发现:油气热着火概率随着热壁温度和环境温度的升高、湿度的减小而增加;油气混合物在汽油自燃点附近开始快速化学反应,油气热着火的最低临界温度为783 K;油气热着火存在三角形的着火压力半岛,且着火压力下限随热壁温度升高而降低,着火压力上限随温度升高而提高.     

三元混合气体爆炸极限实验研究

瓦斯爆炸是煤矿灾害事故最主要的因素。瓦斯是以CH4为主,常含有CO2、CO、H2S、C2H4、C2H6、H2、SO2等的多元混合可燃性气体。随着各组分配比的不同,瓦斯的爆炸极限不同,呈现的火灾爆炸危险性也不同。利用HY12474型爆炸极限测定仪研究煤矿开采区常见的可燃气体混合物爆炸极限随组分配比变化的情况。通过对三组分不同配比混合气体的爆炸极限的测试,采用Taylor多项式,拟合出了常压下三元气体混合物的爆炸极限随组分配比变化的经验计算公式,并通过实验数据进行了验证,表明经验公式计算结果与实验数据很好吻合,具有工程应用价值。     

狭长受限空间油气爆炸关键现象研究

以汽油油气混合物为研究对象,在狭长密闭管道中进行了油气爆炸实验,通过压阻式传感器测试爆炸过程中的压强信号,得到狭长受限空间中油气爆炸的基本参数。通过对实验结果的对比分析,发现狭长受限空间内的油气爆炸可以分为4个阶段：平滑加速阶段、湍流发展阶段、振荡激化阶段和余波阶段;一定强度的湍流流场可抑制链化学反应速度和火焰传播速度;振荡激化阶段发生在管道末端。为狭长密闭空间内油气爆炸的预防和抑爆技术研究提供了参考。     

沧州大化TDI分厂爆炸事故原因调查

2007年5月11日,沧州大化TDI分厂硝化装置发生重大爆炸事故。从工艺方面对这起恶性事故发生的过程和原因进行了分析,对化工单元的安全操作以及类似爆炸事故的调查具有一定的借鉴作用。