长输氢气管道失效分析与定量风险评价

长输氢气管道是一种解决大规模输氢的有效方式，但其失效机理和泄漏扩散规律不同于常规油气管道，因此为提高氢气长距离管输的风险应对能力，本文分析了包括氢损伤在内的6类风险致因，辨识了氢气管道泄漏典型事故场景，研究了失效概率预测和潜在生命损失计算模型，从而构建了一种量化风险评价方法。通过案例分析表明：该方法解决国内缺少失效统计数据前提下的失效概率分析问题，多场景泄漏事故计算为最大限度评估后果严重性提供保障。     

管长对带弯头管道内可燃预混气体爆炸规律及薄壁动态响应的影响研究

基于气云燃爆实验平台,开展了不同长度弯曲管道内丙烷-空气预混气体燃爆实验测试与分析,探索管道长度对弯曲管道内可燃气体燃爆特性及爆炸冲击波对管道薄壁加载效应的影响。实验分别采用光电传感器、压力传感器和应变传感器对管道内爆炸参数和管道薄壁的应力应变规律进行了测试,结果表明,管道越长,弯曲段两侧壁面超压和管壁最大应变越大,压力时程曲线与管道薄壁应变时程曲线具有良好的一致性;弯管一定程度上激励了火焰加速传播,火焰传播速度在90°拐点处降至最低;管道长度对管道内火焰燃爆规律的影响是整体的,管道长度越长,管内压力和火焰速度越大,最大爆炸压力出现在管道末端,冲击波对管壁的加载属于动态加载。     

含CO2天然气的可燃极限与燃爆压力

采用改进的Hartmann管作为测试主体测试了室温常压下含CO2天然气的可燃极限和燃爆压力, 得到了含CO2天然气在三角坐标系下的可燃性图表和燃爆压力的变化规律。研究表明:与纯天然气相比,含 CO2天然气可燃范围缩小,燃爆威力降低;当泄漏天然气与air的混合物中CO2的体积分数超过13.86%时, 混合气体将失去燃爆性;处于燃爆范围的CH4/air/CO23组分混合气体,燃爆压力随CO2与CH4体积分数比 的增大而减小。     

乙烯储罐气体泄漏诱发蒸气云爆炸的数值模拟

储罐会因腐蚀或人为误操作等原因引发泄漏，造成泄漏气体扩散或气云爆炸事故。为了揭示此种事故的发展过程及影响规律，应用计算流体力学软件FLACS，研究了泄漏和环境风两个主要影响因素对乙烯气体扩散及爆炸的影响。结果表明:气云扩散距离和体积随泄漏速率增加而增大；当泄漏速率低于6 kg/s时，不同泄漏方向上的气云扩散距离及体积相近；当泄漏速率高于6 kg/s时，气体泄漏扩散和气云形成过程因受到障碍物影响，随阻塞率增大，气云扩散距离减小，气云体积增加。当泄漏方向垂直于储罐组中轴线，泄漏速率为18 kg/s时，气云扩散距离最大为81.5 m；当泄漏方向平行于储罐组中轴线，泄漏速率为24 kg/s时，气云体积最大达到9 604 m3。爆炸波的冲击压力随泄漏速率升高而升高；环境风会加快可燃气体稀释，有效降低气云爆炸发生的概率，降低爆炸强度，达到爆炸压力峰值的时间更早，可使高温在更短的时间内下降。泄漏速率为24 kg/s时，与泄漏储罐紧邻的储罐表面上被冲击到的爆炸超压仅为6.88 kPa，但温度高达2 384 K，因此，为避免事故发生时的二次灾害，救援中对储罐组的冷却降温尤为重要。     

掺氢可燃气体燃爆特性研究进展

随着全球新能源产业的快速发展，氢能因其高效、无污染、可持续的特点而备受关注，但由于氢气的固有特性很难保持其安全性，因此安全问题一直是氢能利用的重中之重。本文以氢气的安全利用为背景对掺氢可燃气体燃爆特性的研究进展进行了系统总结，首先介绍了掺氢可燃气体的燃爆机理，然后讨论其最小点火能、燃爆极限及其火焰行为特性，最后强调了掺氢可燃气体在能源利用中的重要意义及未来的发展方向。     

催化重整单元氢气气团爆炸超压分析

基于计算流体力学分析软件（FLACS），以催化重整反应单元为例建立事故模型，研究不同形状障碍物、泄漏位置，对不同泄漏时间和泄漏监测点的氢气爆炸超压的影响情况。通过研究，建立了与气体燃烧热与爆炸监测点距气团中心距离相关的最大爆炸超压模型。研究结果表明，在研究设计的遮挡物条件下，气体爆炸最大超压与折合距离在对数坐标系中均呈近似线性关系；对于不同的遮挡物，爆炸超压模型需进行修正；在反应器中部发生的事故场景，泄漏5 min后最大爆炸超压明显增大。     

大断面隧道钻爆冲击波的衰减规律

隧道开挖爆破产生的空气冲击波的破坏效应，将会对人员、机具设备与周围环境造成危害。隧道钻孔爆破冲击波的影响因素比裸露药包爆炸更多、更复杂，研究其衰减规律对采取合适的防护措施意义重大。本文中开展了时速350 km双线铁路大断面隧道钻孔爆破空气冲击波的现场测试，分析了不同工况下冲击波传播规律及影响因素。结果表明:钻爆冲击波超压时程曲线存在多个不同幅值的超压波峰，波峰之间具有明显微差延时的短间隔性，传播至远场未形成稳定的单一平面波，与单一药包爆炸冲击波的传播规律存在差异；钻爆冲击波超压信号由多段与微差延时相对应的子信号叠加而成，子信号数量与毫秒延期雷管段数相同，呈现出典型的时域特征；相同爆破条件下，大断面隧道钻爆时的乳化炸药冲击波转化因数小于小断面巷道工况下的；相较于总药量及最大段药量，按掏槽药量计算的超压峰值与实测超压峰值之间的相关性最强，钻爆冲击波最大超压峰值宜按掏槽段炸药TNT当量确定；隧道内大型机械设备等障碍物改变了钻爆冲击波流场的传播规律，呈现较明显的叠加放大效应。     

点火条件对密闭管道内预混氢气/空气燃爆特性的影响

基于流体动力学软件Fluent,开展数值模拟,研究点火位置（距管左端壁面100、200和500 mm）、点火温度（1 000、1 500和2 000 K）和点火面积（管左端壁面处半径为50、35和20 mm的点火域）等点火条件对1 000 mm密闭管道中预混氢气/空气（H₂/air）燃爆特性的影响。研究表明:点火位置距管左端壁面越远,中间节点处温度越高,温升越快;不同点火温度下管内最高温升速率基本同步,且提高点火温度,使得燃烧反应更剧烈,能提高管内气体温升速率,但却降低管内的压力峰值;点火面积越小,预混H₂/air燃烧前期温升越快。当采用半径为35 mm的点火域和点火位置距管左端壁面100 mm的点火方式时,预混H₂/air燃爆的各项参数相对较高。不同点火条件对密闭管内气体的动能和内能的影响规律类似于其对管内气体的流速和温度的影响规律,而对涡量的影响不明显。     

破膜压力对氢-空气预混气体燃爆特性的影响

利用自主设计的5.00 m长矩形管道，对氢气体积分数为30%的氢气-空气预混气体进行了不同破膜压力(p_v)下的系列燃爆实验，重点研究了p_v对管道内外火焰传播行为及爆炸超压的影响。实验结果表明：管道内的火焰传播行为受p_v影响显著。在靠近泄爆口的压力传感器所监测的压力-时间曲线上，可以观察到3个压力峰值(p_b、p_out、p_ext)，分别对应于铝膜破裂、燃烧混合物泄放以及外部爆炸，大多数情况下，p_b为最大压力峰值。管道内部最大超压随着p_v升高而增大，但最大内部超压出现的位置受p_v的影响。管道外部火焰传播行为与p_v有关，但不同p_v下外部火焰的最大长度无明显差异。最大外部超压与p_v之间呈现非单调变化规律。     

坑道内化爆冲击波的传播规律

装药在坑道内部爆炸时将产生沿坑道传播的空气冲击波,由于受到坑道洞壁的限制,空气冲击波在坑道内的传播规律异于在自由大气中的传播。利用三维数值模拟计算程序,对长坑道中的化爆流场进行了数值计算,归纳出空气冲击波沿坑道方向的传播规律。计算结果与试验结果符合较好。     

锥形长药柱水下爆炸冲击波参数计算方法

为了计算锥形长药柱水下爆炸冲击波压力,以及研究长脉宽冲击波的传输特性,基于叠加原理建立了冲击波压力-时间曲线的计算方法,通过实验验证了该方法的有效性,在此基础上分析了锥形长药柱不同方位冲击波压力的分布规律。研究结果表明:锥形长药柱产生的冲击波压力具有各向异性,在起爆端一侧形成的是具有厚波头特征的低幅值长脉宽冲击波,在装药径向形成的是接近指数衰减的高幅值冲击波,而在远离起爆端的冲击波压力幅值和脉宽则介于前两者之间。锥形长药柱与球形装药冲击波分布的差异是由于装药形状和起爆方式的改变所导致的,由于装药不同部位起爆的时间差,导致水下爆炸冲击波在不同位置的叠加效果存在明显差异,药柱周围流场中形成的冲击波压力具有方向性。利用提出的计算方法得到的计算结果与实验结果和数值模拟结果吻合较好,研究结果可为锥形长药柱水下爆炸冲击波威力场和毁伤评估提供参考和依据。     

航空油料在舱室内燃爆危害的数值分析

不同舱室结构内航空油料的燃爆参数存在差异，为了解和掌握不同结构舱室内航空油料的燃爆危害性，运用计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）方法对不同结构航空油料舱室内的航空油料蒸汽燃爆问题进行了数值模拟。结果表明:密闭航空油料舱中的航空油料蒸汽预混燃爆时，油舱各处压力分布较均匀，无隔板密闭舱室和含不完全分割隔板密闭舱室内航空油料的最大燃爆压力分别为0.76、0.74 MPa，即舱室内的不完全分割隔板对航空油料燃爆时所产生的最大压力无显著影响；隔板等特殊结构的存在使舱室内部产生了气流漩涡，增大了燃料消耗的速率，导致火焰面传播速度及压力上升速率增大，舱室内各处燃料的质量分数由火焰面决定。     

微扩散管内幂律流体在不同外电场驱动下非稳态流动数值仿真

电场驱动下的非牛顿流体在微米级扩散管道内非稳态电渗流动特性是MEMS管设计人员关注的焦点,大部分实际液体可近似为用幂律模型描述的纯粘性流体,所以论文针对幂律流体在有限长微扩散管道内在两种不同形式的外加电场驱动下的非稳态电渗流动情况进行数值仿真.基于Ostwald-De Wael幂律模型和连续介质假说,采用高精度紧致有限差分离散二维完全Poisson-Boltzmann电势方程和Cauchy动量方程,对恒定电场及满足Maxwell方程的电场进行数值仿真,讨论了微扩散管中幂律流体在两种不同外加电场驱动下的瞬时流场分布的差异.结果表明,初始时刻固定扩散角和无量纲壁面电势,无量纲电动宽度的变化对幂律流体电渗流速度分布影响较大;在微扩散管上游等截面处,由恒定电场驱动及Maxwell电场驱动电渗流速度分布差别极小,在扩散管中下游则出现了明显的差别;由恒定电场驱动下的电渗流动在扩散管不同截面下的速度峰值相近,但Maxwell电场诱导的电渗流速度峰值则随管道半径变化出现较大差别.对于外加电场驱动的电渗流动,不同形式的外电场可使流场产生较大差别,而不同性质的流体也会形成不同的流场分布.     

掺氢天然气长距离管道输送安全关键技术与进展

利用天然气管输系统混输氢气，能实现氢气大规模、低成本、长距离输送，但掺氢混输带来更严峻的安全、技术挑战。本文围绕输送工艺及关键设备、管材相容性与寿命预测、泄漏监测检与风险评估、标准体系建设几项关键技术，探讨掺氢天然气长距离管道输送的安全问题。建议统筹规划输送网络，改进关键管输工艺与设备，建立输运协同应急与智慧决策大数据平台，制定掺氢天然气管道输送规范标准，逐步开展掺氢天然气输送技术应用示范。     

外啮合齿轮泵随机内泄漏模型的研究

为了获得更加精确的外啮合齿轮泵内泄漏数学模型,将不确定性理论引入齿轮泵传统内泄漏模型中进行研究。将齿轮泵的轴向间隙、径向间隙、液压油温度、工作压力和输入转速作为随机变量,运用随机因子法和代数综合法建立齿轮泵随机内泄漏模型,进而获得在不确定性下的齿轮泵容积效率。将随机内泄漏模型研究结果和传统模型的计算结果分别与实验结果进行比较,证明随机内泄漏模型的正确性和优越性。     

气液两相流泄漏扩散的数值模拟

采用Eulerian-Lagrangian方法数值模拟过热液体丙烷从喷嘴释放后射流的发展过程。其中,对丙烷蒸汽与空气的气相混合物采用欧拉法求解,利用拉格朗日法跟踪丙烷液滴的运动轨迹,并加入颗粒随机轨道模型来考虑液滴的湍流扩散效应,数值计算所得的物理参量与实验测量结果相吻合。在此基础上,本文将此数值模型和方法应用于开放空间、常温高压下储存液化气(丙烷)的容器发生小孔泄漏时,两相射流在大气中的扩散过程,计算结果符合实际情况。文中还讨论了影响两相流扩散过程的主要因素,为预测可能发生的火灾爆炸事故提供理论依据。     

水流中锚链阻力系数测量的实验设计

为了在水池内测出船模拖曳时锚链在水流中的阻力系数,设计了一套简单而有效的实验方案。考虑到锚链的柔软与笨重,故采取了三项措施:(1)将锚链相邻链环连接处点焊住,使其成一根直杆;(2)将该锚链水平悬挂于拖车之下,用拖车运行速度模拟流速,通过锚链悬挂绳与铅垂线的夹角来计算水流对锚链的作用力;(3)为了消除锚链两个端部对阻力测试的影响,用长、短锚链的阻力差值除以锚链长度差,既得到了单位长度锚链的阻力,又有效地解决了端部影响,进而计算出锚链阻力系数。     

动静态气密性分析方法及其在动车组上的应用

随着运行速度的提升, 高速动车组受到的外部激扰愈发剧烈. 尤其是动车组通过隧道和在隧道内交会时, 车体外表面产生的剧烈瞬变压力传入车厢内, 会引起司乘人员耳感不适等问题. 为研究动车组运行过程中的气密性能对车内气压波动和乘客乘坐舒适度的影响关系, 本文采用动静态测试结合的分析方法, 结合时间常数模型和当量泄漏面积模型, 通过在不同车辆内外部布置气压波动监测传感器, 对四级修前后的高速动车组进行了线路运行气动载荷测试; 针对不同部位具体结构特征开发了不同型式的气体泄漏量测试工装, 并对不同车辆的静态气密性进行了测试研究. 搭建了动静态气密性能分析模型并获得了动静态气密指数, 总结了隧道条件、运行速度等因素对车内压力波动和动态气密性能的影响规律, 同时针对典型气密部件的泄漏量和泄漏面积进行了分析, 对气密敏感部件进行了影响度排序并提出了优化方案. 本文提出的方法和相关研究数据对于关键部件的设计方案和修程修制优化具有一定的参考意义.      

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在对室内液化石油气泄漏流动过程进行量级估算分析的基础上,提出了一种预测室 内泄漏液化石油气浓度分布的简化方法. 并结合一次居民室内液 化气爆炸事故,讨论了此方法在实际应用中的简易可行性.     

高速铁路长隧道压缩波波前变形规律分析

高速列车进入隧道时产生的压缩波在长隧道中传播时会产生波前变形,即波前压力梯度发生变化。线路测量和学者的研究表明,隧道出口处微气压波的强度与压缩波波前压力梯度最大值成正比,而微气压波的大小又与隧道出口的爆破音直接相关,因此有必要研究压缩波在长隧道中传播时的波前变形规律。采用计算流体力学三维动态仿真计算方法,对长隧道内压缩波的生成和传播过程进行研究。证明了压缩波的波前变形不仅与初始压缩波生成时的惯性运动和气体摩擦相关,而且与列车在隧道中的运动相关,即列车运动产生的能量输入会影响压缩波波前的变形。通过多工况计算,获得了隧道内压力梯度的最大值及其出现位置与列车速度和隧道阻塞比之间的变化规律。