柱形容器开口泄爆过程中压力发展特性的实验研究

在体积为 0 0 2 5m3 的柱形容器中 ,采用底端中心点火方式 ,对 4 1%的丙烷 空气、9 5 %甲烷 空气预混气的顶端开口泄爆过程进行了实验研究。实验结果给出了不同泄爆面积和不同泄爆压力条件下容器的内压力发展历史。就不同泄爆条件对容器内爆炸发展产生的影响进行了讨论。     

球形容器内气体的泄爆过程

为了得到球形容器内可燃气体的泄爆强度产生机理以及燃烧火焰与压力传播的基本规律,从流体力学和化学反应动力学守恒出发,采用-湍流模型和EBU-Arrhenius燃烧模型,利用SIMPLE算法对带泄爆导管的球形容器二维空间内甲烷-空气预混气体的泄爆过程内外场进行了数值计算,获得了气体燃烧过程中火焰和压力传播特性以及气体流动特性,能够比较清晰地反映泄爆的整个过程。研究表明,燃烧火焰在泄爆过程中发生湍流,传播得到了极大的加速,泄爆导管对于容器内的高压气体泄放有很大的约束作用。     

等泄压比条件下连通容器泄爆实验研究

通过开展单个容器和连通容器内预混气体的泄爆实验,分析连通条件下容器泄爆的压力变化和火焰传播过程。实验结果表明:连通容器内气体爆炸湍流燃烧,容器的最大泄爆压力和最大压力上升速率均超过单容器,特别是最大压力上升速率更高,差别更大;在等泄压比条件下,连通容器中传爆容器的最大泄爆压力比起爆容器高,且当传爆容器为小容器时,最大泄爆压力更高;随着管长的增加,传爆容器的最大泄爆压力增加,起爆容器的最大泄爆压力变化不大;连通容器泄爆过程,火焰在管道中加速传播。在相同管长条件时,小球容器向大球容器传爆的火焰传播速率高于大球容器向小球容器传爆的火焰速率。     

连通容器泄爆过程的影响因素

以甲烷/空气混合物为研究对象,开展了连通容器气体泄爆影响因素的实验研究。结果表明:连通容器泄爆片泄爆时,随着破膜压力和量纲一泄压比的减小,大、小球容器的最大泄爆压力均增大;在等量纲一泄压比条件下,随着连接管道长度的增加,传爆容器的最大泄爆压力增大。连通容器无膜泄爆时,大球点火条件下,无论管长如何,起爆容器和传爆容器均比单个容器最大泄爆压力大。小球点火条件下,当管道长度为0.45 m时,起爆容器和传爆容器的最大泄爆压力均小于单个容器。连通容器无膜泄爆且量纲一泄压比相同时,当管道长度为0.45 m时,大、小容器内的最大泄爆压力基本相等;当管道长度为2.45 m时,大容器点火时,传爆容器最大爆炸压力大于起爆容器,但小容器点火时,起爆容器最大泄爆压力大于传爆容器;当管道长度为4.45和6.45 m时,传爆容器最大泄爆压力均大于起爆容器。     

泄爆面积对甲烷-空气预混泄爆容器结构响应影响的实验研究

利用自主搭建的泄爆容器结构响应测试系统,开展了不同泄爆面积条件下甲烷-空气预混气体泄爆实验,结合振动加速度、内部超压、火焰演化和信号频率-时间分布等探究了泄爆面积对容器结构响应的影响特征及机制。研究发现:（1）容器振动加速度曲线和内部超压曲线具有相似的变化趋势,两者均存在双峰现象,且两者一一对应,但加速度峰值出现略迟;随着无量纲泄爆系数增大,第1个内部超压和加速度峰值主体为增大趋势,而第2个内部超压和加速度峰值的变化趋势为先减小后增大再减小;（2）火焰未到达泄爆口之前,上部的火焰平均速度随着无量纲泄爆系数增大而减小,无量纲泄爆系数较小时火焰较早从泄爆口喷出;（3）在当前实验条件下,当无量纲泄爆系数为25.00时,热声耦合现象最剧烈,表现为最大幅值的振动响应和最大能量的高频振荡,而随着无量纲泄爆系数进一步增大或者减小,热声耦合现象逐渐衰减。     

碳酸氢钠粉体对导管泄爆过程的影响

为了研究惰性粉体对导管泄爆过程的影响,采用质量浓度C为0、40、80、120、160、200 、240 g/m3的碳酸氢钠（NaHCO₃）粉体,分别抑制连接不同长度（250 mm、500 mm、750 mm）泄爆导管的5 L容器内甲烷/空气预混气爆炸。对火焰传播特性分析结果表明:容器内添加NaHCO₃粉体可以极大地削弱导管内二次爆炸,且合适质量浓度的NaHCO₃粉体可以消除二次爆炸。随着NaHCO₃粉体质量浓度增加,容器内火焰结构逐渐不规则化,火焰到达容器末端时间延长,导管内火焰经历弱化到熄灭过程,不同质量浓度NaHCO₃粉体导致3种火焰速度发展模式。对压力特性分析得知,导管内爆炸超压上升机理依赖于NaHCO₃粉体质量浓度,粉体质量浓度较低时,容器中最大爆炸超压取决于二次爆炸产生的第二压力峰值,反之取决于火焰在容器触壁时产生的第一压力峰值。随着NaHCO₃粉体质量浓度增加,超压峰值下降率先增加然后趋于稳定,表明质量浓度效应逐渐减弱。最后定量分析了导管-容器配置中火焰传播速度与爆炸超压的关系。     

柱形容器开口泄爆过程中的火焰传播特性

泄爆过程中流动与燃烧的相互作用机制是研究开口泄爆问题的关键。对柱形容器泄爆过程中压力与火焰发展传播过程的观测与分析表明,不同泄爆条件下压力与火焰的发展传播具有明显特点。泄爆诱导流动通过加速火焰传播、加剧火焰变形、增大火焰面积对容器内燃烧产生增强作用,泄爆流动大小主要由泄爆面积决定。小口中低压泄爆过程压力与火焰的发展过程与封闭燃烧中类似;小口高压以及大口泄爆过程中,火焰变形剧烈,传播速度明显上升,并导致压力的回升。     

高压泄爆导致的二次爆炸

基于计算结果和相关实验结果,通过理论分析,对高压泄爆导致的二次爆炸机理进行了系统的阐述。泄爆后,泄出的高压可燃气体在泄爆口附近形成可燃云团,由于欠膨胀,云团内存在稀疏波低压区和Mach干高压区。火焰射流泄出后,在一定条件下,可使Mach干高压区内的可燃云团爆炸式燃烧,压力迅速上升,以致产生二次爆炸。     

泄爆外流场的可视化

通过实验和数值方法,对泄爆外流场进行了可视化研究。实验中采用YA-16高速阴影系统,拍摄了泄爆外流场的时序阴影照片。基于K-湍流模型和漩涡破碎（eddy dissipation）燃烧模型,利用同位网格SIMPLE算法,对泄爆过程进行了数值模拟。根据计算结果,由计算光学获得泄爆外流场的时序计算阴影图。实验阴影图与计算阴影图较一致,都形象地揭示了泄爆后湍流火焰的发展及二次爆炸的产生和变化过程。     

大尺度泄爆构件对室内爆燃压力影响的实验研究

通过在尺寸为2 m×1.2 m×0.6 m的腔体一端安装泄爆板研究不同乙烯浓度下大尺度泄爆构件对腔体内压力变化的影响。选用开启静压不同的2种泄爆板,在乙烯体积分数为4%~11%条件下进行实验,得到3种典型压力时程曲线。实验发现：泄爆结构的实际击穿压力大于静载作用下的击穿压力,且存在使实际击穿压力最大的最佳乙烯体积分数;泄爆构件的开启时间会对腔体内压力变化产生重要影响,低浓度条件下开启时间可达数十毫秒,化学当量比条件下开启时间仅为数毫秒,此时李克山模型针对长方体容器大尺度泄爆仍具有较好适用性,乙烯浓度较高时大尺度泄爆构件会因泄压面积过大造成外部空气大量进入腔体并与未燃气体再次反应发生二次爆炸,高浓度条件下增大泄压面积反而会因二次爆炸对结构造成破坏。

     

A predictive model for pressure fluctuations on sloping channels using support vector machine

In this study, support vector machine (SVM) is proposed as a new predictive model for pressure fluctuations beneath free jump occurring on sloping channels. The proposed model reproduces the pressure fluctuation intensity C′_p in terms of normalized flow and channel section characteristics. The model variables were derived from dimensional analysis. The proposed model is calibrated and validated by using a wide range of experimental data. The SVM predicted C′_p with a correlation of coefficient (CC) of 0.989 and a root mean square error (RMSE) of 0.004. Also, linear and nonlinear regression analyses are applied on the same experimental data set, and the SVM model is compared to the equations obtained from these regression analyses. CC, RMSE and average absolute deviation (D_i) are used in the evaluation of performance of each model. The SVM model predicted the measured pressure fluctuations better than conventional regression equations. The results of this study reveal that the proposed SVM model can be effectively used in predicting the pressure fluctuation beneath free jump. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于支持向量回归机的陀螺漂移预测模型

为了预测某导弹陀螺漂移趋势,以该陀螺漂移角速度时间序列为对象,建立了基于支持向量回归机的预测模型。针对该预测模型的特点,提出了支持向量预选取的模型优化方法。基于ε不敏感损失函数的支持向量回归机具有稀疏性,其结构由支持向量决定。因此从训练样本集中预选出有可能成为支持向量的样本,精简样本规模是提高该类支持向量回归机训练和预测效率的有效方法。针对该类支持向量回归机从分类和回归两个角度分析了支持向量的几何特征,提出了核函数空间免疫聚类的支持向量预选取方法并用于某导弹陀螺漂移预测模型的数据预处理。仿真结果表明优化后的预测模型运算量小、建模速度快,精度高。     

Developing a new mesh deformation technique based on support vector machine

Mesh deformation technique is widely applied in numerical simulations involving moving boundaries, and the deforming capability and efficiency is the key of it. In this paper, we present a new point-by-point mesh deformation method based on the support vector machine. This proposed method, to certain extent, is similar to the radial basis function (RBF) interpolation method with data reduction, but the new approach selects key boundary points automatically without specifying an initial set, and the function coefficients are obtained by solving a simple quadratic programming problem. Therefore, it is more efficient than the RBF method. Typical 2D/3D applications and realistic unsteady flow over a pitching airfoil are simulated to demonstrate the capability of the new method. With proper setting, the quality of the deformed meshes after using the new method is comparable to that of the RBF method, and the performance is improved by up to 7 ×.     

破膜压力对氢气-甲烷-空气泄爆的影响

选取了300 mm×300 mm×1000 mm、顶部设有250 mm×250 mm泄爆口的管道,用不同厚度的铝箔密封泄爆口,注入氢气-甲烷-空气混合气体,进行泄爆实验,研究了0~44 kPa的爆破压力($ {p}_{\mathrm{v}} $)对火焰演化和管道内外压力变化的影响。结果表明,$ {p}_{\mathrm{v}} $会显著影响管道中火传焰播过程以及压力-时间变化曲线;所有实验中均观察到了内部压力的亥姆霍兹振荡,振荡频率随着${p}_{{\rm{v}}}$的增加而增大;当$ {p}_{\mathrm{v}} $≥12 kPa时会出现频率约为1200 Hz的声学振荡。对于某一确定的$ {p}_{\mathrm{v}} $,管道内最大内部超压随至泄爆口距离增加而增大;靠近泄爆口处和管道中心的最大内部超压几乎随着$ {p}_{\mathrm{v}} $呈线性增加,但是靠近底部处的最大压力与$ {p}_{\mathrm{v}} $呈非线性递增关系,外部爆炸所产生的压力峰值随$ {p}_{\mathrm{v}} $的增加而增大。     

一种基于多尺度和改进支持向量机的光纤陀螺温度漂移建模与补偿方法

为了提升光纤陀螺温度漂移模型建模的准确性及补偿的效果,提出了一种基于改进支持向量机的多尺度建模和回归方法。首先分析了造成光纤陀螺温度漂移的关键因素,给出了建模的属性参数和温度试验。然后根据经验模态分解得到的本征模态函数排列熵的变化趋势,得出了回归精度和熵之间的变化关系,进而提出了基于信号分解的多尺度回归方法。为了提高上述多尺度回归算法的适应性,在传统支持向量机的基础上,提出了基于组合核函数的支持向量机回归算法,以适应不同特性的回归数据集。为了进一步提高回归精度,基于降低回归数据复杂度的分段回归思想,在上述多尺度回归的基础上提出了双-多尺度回归,并验证了方法的有效性。最后,将提出的算法以实际的光纤陀螺温度漂移数据进行验证,结果表明,相比于传统的支持向量机和反向传播神经网络具有更好的回归精度,温度漂移模型也更加精确,以均方误差指标为例,回归精度提升了两个数量级。     

基于小波最小二乘支持向量机的加速度计温度建模和补偿

针对环境温度影响加速度计测量精度的问题,给出了温度对石英挠性加速度计零偏和标度因数的影响机理,提出采用小波最小二乘支持向量回归建立石英挠性加速度计零偏和标度因数的温度模型的方法。为了验证模型的有效性,进行了多个温度点下的参数标定试验,所获取的各温度点下的石英挠性加速度计零偏和标度因数作为小波最小二乘支持向量机模型的训练数据;将石英挠性加速度计固定在某一位置进行了升温试验,通过对比未进行温度补偿、最小二乘温度补偿和小波最小二乘支持向量回归温度补偿下石英挠性加速度计的输出,计算结果表明采用小波最小二乘支持向量机补偿后的石英挠性加速度计的测量精度最高。