受限空间内甲醇喷雾液滴形成及其爆炸特性

为防控工业喷雾爆炸和完善喷雾爆炸测试方法,在20 L球形喷雾爆炸测试系统内，实验研究了不同环境压力、喷射压力及浓度下的甲醇喷雾液滴形成及爆炸特性规律。结果表明:增大喷射压力更易致使甲醇破碎成微小液滴，甲醇喷雾液滴爆炸极限范围变宽；环境压力的增大导致甲醇喷雾液滴粒径变大，喷雾液滴爆炸极限范围变窄，一定程度上可以有效抑制甲醇泄露可能导致的次生衍生事故发生。当爆炸容器内环境压力为0.1 MPa、喷射压力为2.1 MPa、甲醇喷雾浓度为356.4 g/m3、甲醇液滴索太尔平均直径为2.5 μm时，爆炸特性参数（最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率及层流燃烧速度）在上述拐点处取得最大值；小粒径（1～15 μm）的液滴在外界能量作用下，更易被点燃，且爆炸过程中瞬态物理化学反应更为迅速和剧烈；较大粒径(22 μm以上)的液滴会出现点火困难现象，然而点火成功后，爆炸特性参数均随甲醇喷雾浓度增加而增加，呈现近似线性规律，此时液滴粒径对上述爆炸特性参数的影响可以忽略。研究结果有助于理解喷雾液滴爆炸规律、完善相应测试方法和安全设计。     

温度和浓度对甲醇喷雾爆炸特性参数的影响

采用20 L球形喷雾爆炸实验系统,探究甲醇在不同环境温度、物料温度及喷雾浓度下的爆炸特性规律。结果表明:20 L爆炸球内甲醇喷雾液滴爆炸极限范围为118.8~594.0 g/cm^3,与纯气相爆炸极限范围(78.6~628.6 g/cm^3)相比,甲醇喷雾液滴爆炸极限范围较窄,喷雾液滴的爆炸敏感性比纯气相甲醇蒸汽低。随着爆炸球内环境温度的升高,甲醇喷雾爆炸极限范围变宽,受限空间内甲醇气液喷雾点火成功概率增大。当甲醇物料自身温度或爆炸容器内环境温度保持不变时,相应爆炸特性参数在Φ=1.8拐点处均呈现先增大后减小的趋势。当Φ=1.8时,甲醇喷雾爆炸存在最大超压峰值。环境温度、物料温度的升高可以提高雾化质量,促进扩散燃烧。但是环境温度的变化较之物料温度的改变对于甲醇液滴喷雾爆炸特性参数的影响更为显著。环境温度和化学当量比二元变量共同影响着甲醇喷雾爆炸强度值,当Φ=1.8,环境温度为303.15 K时,甲醇的喷雾爆炸强度大于甲烷气体爆炸的爆炸强度。     

基于图像处理的蝌蚪匀速直线游泳运动分析

蝌蚪作为两栖类动物变态发育的水生幼体，针对其生物特性的研究较多，但对其行为运动的关注一直较少。作为典型的非流线型游泳动物代表，蝌蚪游泳行为的运动特征和力学机制对相关仿生应用有重要参考意义。本文利用高速摄影技术记录了不同大小和速度的蝌蚪游泳过程，通过图像处理分析游动过程中蝌蚪身体形态的变化，得到了蝌蚪头部偏转角度和尾部摆动频率、变形波长等运动特征参数，并归纳总结了各运动参数随体型、速度等因素的变化规律。根据蝌蚪的身体形态和运动特征，提出了头部转动与尾部摆动二分量组合的游泳运动描述公式，并基于实验数据拟合得到了表征参数，在此基础上对蝌蚪游泳时的流场和力学特性进行了计算分析。研究结果表明：蝌蚪具有可与鱼类相比的游泳能力；中小蝌蚪偏向于相对高频、头部大幅偏转的运动模式，大蝌蚪偏向于相对低频、头部小幅偏转的运动模式；随着相对游泳速度的增加，蝌蚪摆动频率、头部偏转角、尾部摆幅和波长均呈增加趋势；蝌蚪头部偏转的幅值与尾部摆动的频率、幅值呈正相关关系。