基于大涡模拟的气体羽流分层特性数值模拟

采用大涡模拟(LES)对气体羽流分层特性进行数值模拟,分析了基于LES的气体羽流模型、控制方程和数值计算方法,探讨了LES在多组分气体羽流模拟中的应用;以文献[1]中氦气在空气中形成羽流的实验数据为参考,对所建模型进行验证。利用该模型对密闭空间油气泄漏过程进行数值模拟,计算结果表明油气在泄漏发生的240 s之内,不同组分表现出显著不同的分层规律:相对于空气,密度较大的组分聚集在空间下部20%的范围内;密度较小的组分主要分散在空间上部80%的范围内。研究结果为油库油气危险源安全监测与预警、火灾预防与扑救等提供了关键参数参考和工程设计理论依据。     

瓦斯爆炸波自激励效应的实验研究

基于爆炸波的发展机理在气体爆炸防护技术研究中的重要性,通过实验对密闭通道中瓦斯爆炸波的传播特征及规律进行了研究。结果表明,瓦斯爆炸传播过程中,压力波对火焰波既有促进作用又有抑制作用,不同阶段的主导作用不同;而火焰波对压力波也会产生影响,不但会加强压力波的超压和振幅,而且会使压力波上升段压缩、下降段拉伸,最终可能发展为爆震波,对巷道内的建筑、设备造成极大的破坏。     

含灭火添加剂细水雾粒径分布规律

为了研究含灭火添加剂细水雾灭火机理,从添加剂对细水雾粒径分布的影响着手,利用全自动表面张力仪、实时喷雾激光粒度仪对含不同添加剂的细水雾粒径分布进行了研究。结果表明：磷酸二氢铵和尿素使水的表面张力略有增加,氟表面活性剂（Fc-134）和碳氢表面活性剂（APG）以及由4种添加剂组成的复合添加剂使水的表面张力大幅降低;磷酸二氢铵使粒径为2.09～26.23μm的雾滴数略有减少,粒径为31.06～462.33μm的雾滴数略有增加;氟表面活性剂（Fc-134）使粒径为8.05～22.16μm的雾滴数增加,粒径为22.17～278.64μm的雾滴数减少,粒径为278.65～1075.09μm的雾滴完全消失;碳氢表面活性剂（APG）使粒径为2.09～31.06μm的雾滴数减少,粒径为36.77～141.86μm的雾滴数增加;而复合添加剂使粒径为2.09～31.06μm的雾滴数减少,粒径为36.77～198.82μm的雾滴数增加。     

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.     

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。     

基于锥形量热法的油池火相似性及点火特性模拟实验

针对油料池火灾相似性及点火特性研究需要,构建了一种基于耗氧原理的油池火锥形量热法模拟实验系统,引入火灾尺度相似性概念,研究了实验室尺度油池火与真实尺度油池火的相似性关系,探讨了实验室尺度油池火预测真实尺度油池火的可行性,基于实验室尺度锥形量热法研究了油池火点火特性,得到了辐射强度、辐射距离对油料点燃时间的影响规律以及点燃时间与锥照射强度之间的拟合公式。     

进气口位置和进气体积流量对油罐油气惰化置换效率的影响

采用机械通风方式对油罐油气进行处理,具有安全性差、通风时间长和效率低下的缺点;利用燃惰气对油罐油气进行处理,可较好地克服上述缺点。在前期研究的基础上,设计模拟实验台架,以燃惰气为介质,实验研究进气口位置和进气体积流量对燃惰气惰化置换油罐油气的影响。     

油罐油气惰化置换过程数值模拟研究

基于对油罐惰气置换原理的分析,建立了油气惰化置换过程的紊流模型,采用压力和速度耦合场的PISO算法,完成了油罐惰气置换过程的数值模拟研究。用原型实验数据对模型进行了验证,经验证对比表明模型与实验结果吻合较好。进一步研究表明,对于3 000 m^3的油罐,约整个置换过程的前9 600 s,罐内气体处于爆炸燃烧范围,置换约9 600 s后油罐已处于安全状态;＂置换死角＂出现在靠近燃惰气进口两侧的中央偏下位置;罐内各气体组分除在靠近燃惰气进口一侧的较小空间内对流扩散速度较大外,其他大部分位置各气体组分对流扩散速度较小。这些结论将为油气惰化置换过程的进一步优化提供一定的参考依据。