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。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

高速气流条件下的喷嘴与火焰稳定器匹配特性研究

针对亚燃冲压发动机燃烧室内部流动特点,在二元稳定器气流试验装置中使用拍摄OH基自发光辐射的方法,研究了火焰稳定器与喷嘴以不同间距匹配情况下的燃烧特性,利用气液两相流模型数值仿真手段,分析了试验工况下燃油雾化液滴与稳定器后方油气比的分布情况.通过对比分析认为,高速气流条件下喷嘴与火焰稳定器间距变化对反应流场影响明显,喷-...     

矩形坑道内爆炸冲击波压力仿真计算及试验验证

针对坑道试验爆轰波传播进行研究,通过数值模拟手段获取不同爆心距处坑道侧壁超压时程曲线,并通过试验手段,验证了数值模拟模型正确性。对比数值模拟结果和试验数据,发现坑道试验将混合装药等效TNT质量后,数值模拟超压峰值与实测误差范围为8.49%～25.49%,在距爆心15 m外数值模拟误差较小;等截面坑道内,爆轰波在近爆心处峰值超压相差较为明显,反映近爆心爆轰波较为紊乱。随着距爆心越远,等截面处峰值压力趋于一致,表明爆轰波呈稳定传播状态。研究结果表明,坑道内爆试验将混合装药等效为TNT当量,采用数值模拟研究坑道不同位置峰值超压方法可行性,为坑道试验超压测试传感器量程、规格选择提供理论指导,为坑道内侵爆类弹药爆炸毁伤效应评估等提供支撑。     

油罐基础渗漏油气扩散模型研究

基于油罐基础渗漏特征,结合实验数据,提出油罐动态渗漏边界条件,建立油罐基础渗漏油气扩散数学模型。采用有限差分法对扩散过程进行数值模拟,结合同工况实验室及现场油罐基础渗漏数据进行对比分析,并对模型的准确性和可靠度进行了验证。结果表明,模型计算结果与实验数据吻合较好,相对误差在可接受范围内,该模型能够准确预测监测点油气到达时刻,揭示油气渗漏扩散规律。     

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。     

室内火灾轰燃喷出火焰的数值模拟研究

利用FDS软件等对小规模轰燃后火灾的喷出火焰进行了数值模拟,得到了喷出火焰的根部温度、平均温度、辐射热通量等重要参数的模拟结果;将这些模拟结果与同等条件下的实验结果进行了对比分析,发现二者之间比较吻合。研究表明：利用FDS等模拟喷出火焰的可靠性较高,根据模拟结果可以进一步研究喷出火焰的有关问题。     

油料火灾爆炸模拟实验系统与测试技术

针对受限空间油料火灾爆炸发生、发展、控制、抑制实验的需要,研制了一系列模拟实验台架及关键参数测试系统。所研制的一系列模拟实验台架为各种工况的油料火灾爆炸模拟实验研究提供了完备的科研条件和支撑;研制的超动态数据采集与分析系统能对冲击波压力、瞬时温度、火焰识别、爆燃向爆轰演化(DDT)过程等进行连续捕捉、测试、分析;研制的基于紫外火焰探测、数字信号处理和网络化智能探测技术的油气爆炸火焰传播速度测试系统较传统的火焰传感器具有高灵敏度、零误报、探测距离远的特点。     

基于新型非结构有限体积解耦算法的激波诱导燃烧数值模拟

把基于结构网格有限差分方法建立的化学非平衡流动模拟的新型解耦算法推广到基于非结构网格的有限体积法,从而可用于模拟复杂几何构型下的化学反应流动.对H2/ Air预混气体中激波诱导振荡燃烧的Lehr实验进行了数值模拟,计算得到的振荡频率与实验结果符合很好,表明计算方法具有时间和空间二阶精度.通过对不同几何外形发射体的计算发...     

过氯酸铵 (AP) 爆燃的模拟

本文提出一个描述AP爆燃的物理化学模型,并计算了AP晶粒在10～800大气压下的爆燃速度、压力指数、燃面温度等参数值,计算结果和T.L. Boggs等人的实验结果相符文中提出AP爆燃过程中,在低压和高压下,可能存在着两种不同的凝聚相反应机理,并用以解释Boggs的实验现象。此外,本文还提出了一种描述绝热体系中,预混火焰燃烧时的化学反应速度表示式和计算方法,使气相温度梯度及热传导的计算简单合理,这也是本模拟研究取得成功的因素之一。     

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...