惰性气体和水蒸气对长直空间燃气爆炸超压及其振荡的抑制作用

长直空间燃气爆炸超压及其振荡将对人员和结构安全产生不利影响。为减轻燃气爆炸危害,基于CFD软件FLACS建立了长直管道空间燃气爆炸数值模型,并对模型进行了验证。利用已验证的数值模型,研究了添加不同体积分数CO_2、N2和水蒸气的化学当量比CH4/空气混合气体的爆炸,讨论了惰性气体和水蒸气的体积分数对爆炸超压及其振荡的影响,并对比了3种气体的抑爆效果。结果表明:CO_2、水蒸气和N2的体积分数每增加10%,密闭管道气体爆炸的最终超压将分别下降81、47、65 kPa,尾端泄爆管道分别下降24、25、20 kPa,3种气体的体积分数分别为25%、26%、30%时,爆炸被完全抑制;CO_2、水蒸气和N2均能有效抑制爆炸超压的振荡,压力振幅和压力振荡频率均随添加气体体积分数的增加而减小;CO_2对爆炸超压及其振荡的抑制效果最好,水蒸气次之,N2最弱,这与3种气体的物理特性及其抑爆机理的差异有关。     

25米~3单砖建筑物应用爆炸减压板保护的爆炸试验

本文介绍了在25米~3单砖建筑物中进行的四次液化石油气-空气混气的爆炸试验。由于建筑物内壁装了爆炸减压板,爆炸最大压力被减低到8千帕之下,建筑物主体结构完好无损。 建筑物内的很多化学操作都含有可燃液体或者可燃气体。当工艺设备出现偶然的破碎时,燃气或者可燃液体的蒸气便能够播散在建筑物内,与空气混合后形成爆炸混合物。为了防止这种可燃混气爆炸对建筑物造成严重破坏,常规方法对建筑物设置泄压面积。文     

原子吸收仪器自动点火装置

国产及部分早期进口的原子吸收仪器,都是操作人员人工点火。有时招致面部灼伤,致使操作人员对点火产生恐惧;甚至当仪器用完关机后,残留的燃气进入主机引起爆炸,造成损失,此类事故已有发生。山东省卫生防疫站中心实验室参考P-E5000型原子吸收仪器自动点火装置,研制国产原子吸收仪器的自动点火装置。操作时只须按动电钮,2—3秒钟内即可自动送气点火,安全可靠。一分钟内可重复点火4—6次,性能稳定,突然停电时也无不良现象发生。     

球罐BLEVE碎片抛射的危害性研究

 多米诺效应是造成重大事故损失加剧、灾难升级的一个重要原因。爆炸碎片是化工区多米诺事故的重要诱因之一。以球罐液体沸腾进而扩展为蒸气云爆炸（BLEVE）为例,从爆炸碎片飞行过程的规律性及碎片产生抛射的不确定性出发,采用蒙特卡罗方法进行模拟,利用相关数据和资料确定爆炸碎片产生和飞行中的不确定性参数,计算出碎片的抛射范围。并在此基础上,计算得到了不同充装水平下的球罐爆炸后产生碎片碰撞两种目标容器的概率。研究发现：当目标容器不同时,储罐爆炸产生碎片的碰撞概率差别较大;当目标容器一定时,不同充装水平的储罐可造成的多米诺效应虽有不同,但差别不大。研究结果对于定量评价储罐爆炸碎片的危害性,减缓和控制碎片产生的风险,确定罐区之间防护碎片危害所需的安全距离等提供了指导和借鉴。     

模拟舱室内部气云爆炸载荷的不同精度WENO格式比较

为了研究加权本质无振荡(WENO)格式精度对舱室内部气云爆炸载荷的影响规律,基于FORTRAN平台,采用三、五、七、九阶WENO格式,开发了高精度舱室内部气云爆炸三维数值计算程序。选用Sod激波管、激波与熵波相互作用两个经典算例验证了程序编写的可靠性,并初步考察了不同精度WENO格式的计算性能。采用已验证的程序开展了封闭舱室和泄压舱室内部球体气云爆炸的数值模拟,并探讨了WENO格式精度对爆炸载荷的影响规律。研究表明:舱室内部气云爆炸载荷主要包含瞬态冲击波和持续时间较长的准静态超压;WENO格式精度对冲击波载荷影响较大,高阶格式给出更陡峭的峰值,而对形成的准静态超压影响较小。     

伺服燃气源点火测试电路的高可靠设计

介绍了伺服燃气源的工作原理;针对伺服燃气源点火试验测试的要求与检测、点火流程设定的原则,以及伺服总成测控系统的测试原理,提出了伺服燃气源点火试验电路设计方法;分析了伺服燃气源点火试验时干扰的产生以及抑制的方法;并且通过合理的选用点火电源,达到电路的高可靠性设计;通过最终在点火试验中的应用证明了电路设计满足点火试验的要求。     

高空核爆炸碎片云早期扩展规律研究

利用磁流体力学理论建立了描述碎片云运动的壳层模型,采用该模型模拟了美国Starfish高空核爆炸试验碎片云的运动参数,通过与文献模拟结果的比对,验证了所建模型的正确性.针对典型大当量和小当量核爆的不同,重点模拟了千吨级利百万吨级核武器在100,400和1500 km高度爆炸时碎片云运动扩展情况,分析了当量的差异引起的扩展规律的不同.结果表明:高空核爆炸时不同爆炸条件和大气环境对碎片云的扩展规律有着显著的影响,不同方向上碎片云的环境参数差异明显.     

CH4-O2-N2预混气体爆炸二维数值模拟

 利用CFD软件,基于ISAT算法和简化的甲烷氧化基元反应模型,建立了CH₄-O₂-N₂预混气体的二维湍流爆炸模型。数值计算结果表明,该模型较好地模拟了CH₄-O₂-N₂预混气体在高温气团作用下的点火、燃烧和爆炸过程。计算中,考察了高温点火气团的初始温度和混合气体初始组分对CH₄-O₂-N₂预混气体燃烧和爆炸过程的影响。结果表明：高温气团的初始温度对CH₄-O₂-N₂预混气体的点火延迟时间和燃烧初始阶段有重要影响,但对CJ爆燃没有影响;惰性气体N₂的加入,降低了混合气体的反应活性,导致点火延迟时间增大,燃烧反应速度、爆炸超压和重要自由基浓度都随之减小。相同条件下爆炸超压峰值的计算结果与实验测量结果符合较好。     

地下管廊在燃气爆炸作用下的动力响应分析

在燃气通过地下管廊输送过程中,若燃气泄漏进入管廊内部并引起爆炸将会产生严重的后果。以平潭综合试验区环岛路管线工程为背景,借助LS-DYNA非线性动力分析有限元软件,基于流固耦合和ALE多物质算法,建立地下空间燃气爆炸数值计算模型,探讨管廊内燃气爆炸过程中爆炸冲击波对管廊结构的影响。数值计算结果表明:在爆炸过程中,超压峰值从爆源中心转移到波阵面上,导致爆源附近压力低于波阵面压力,爆源附近形成负压区;爆炸荷载作用下,燃气仓内距离爆源最近的内墙上的测点超压值最大,在t=7.8ms时达到最大值为18.65MPa,且在t=10ms左右时,位移和速度达到最大值,分别为10.47mm、3.303m/s;气体爆炸后,管廊燃气仓内墙正负压振荡时间持续较长,振动现象最为明显,最易发生破坏。     

化学反应机理对激波与可燃氢气泡相互作用影响的数值研究

通过含化学源项的Navier-Stokes方程对激波与可燃界面相互作用（RSBI）进行数值研究,讨论三种氢氧化学反应机理对点火过程、燃烧效率和面积压缩率等物理化学特征的影响.三种化学反应分别为：Evans-Schexnayder反应模型（ES模型）,Jachimowski反应模型（J模型）及Ó Conaire反应模型（Ó模型）.研究表明：ES模型下的气泡点火延迟时间最大,平衡温度最低且点火位置异于J模型和Ó模型.采用无量纲面积来表征激波和燃烧作用气泡的形变特征,结果表明：燃烧释热阶段的气泡面积对化学反应模型的选择非常敏感,其中J模型的面积膨胀率最高.然而对于模拟长期发展的RSBI流场燃烧效率,不同化学反应模型之间的差异相对缩小.由于ES模型难以准确捕捉点火位置,J模型和Ó模型更适合模拟RSBI这类复杂流动的点火现象及燃烧流动耦合过程.     

氢气比例和点火能量对CH4-H2混合气体爆炸强度影响的实验研究

在20 L标准球形爆炸罐内开展了当量比为1的甲烷-氢气-空气混合气体爆炸实验,通过改变点火能量和氢气体积分数,探讨点火能量和气体比例对其爆炸压力和爆炸强度的影响。研究发现:氢气比例越高,爆炸冲击波传播速度越快,点火能对冲击波传播速度的影响相对较小;点火能量的提高对峰值超压有增强作用,氢气比例低时,此增强作用较显著,氢气比例高时,此增强作用较弱;点火能量对爆炸强度指数KG的影响较小,而氢气比例对爆炸强度指数KG的影响十分明显,氢气比例低于50%时,氢气比例的增加对爆炸强度的增强作用较弱,氢气比例高于50%时,氢气的增加对爆炸强度的激励作用急剧增强。另外发现,相同当量比条件下,氢气的爆炸强度指数近似为甲烷爆炸强度指数的10倍。     

A study on the ignition characteristics for dust explosion of industrial wastes

Paying attention to accidents related to recycling, the authors investigated factors related to the dust explosions. The minimum explosive concentrations were 30–40 g/m³ (polyurethane and plastic dusts) and 70 g/m³ (toner); the explosibility was reduced by about 40% when combustible gas (cyclopentane) existed together with the dust; ignition temperature of a dust cloud was around 500 °C; and the minimum ignition energy was about 11 mJ (polyurethane). Ignition energy was the minimum when the spark duration was about 0.2 ms or more; the explosion probability was the maximum when the spark gap was 5–10 mm; and the ignition energy was the minimum when the electrode tip angle was around 30 °C (polyurethane). From these findings, the dusts produced in the recycling process can be easily evaluated so as to know whether dust explosion is likely to occur.     

镁颗粒群非稳态着火过程数值模拟

建立了镁颗粒群着火的一维非稳态有限影响体模型, 数值模拟颗粒群中镁颗粒的着火过程. 研究表明, 当镁颗粒表面反应加剧之后,颗粒相温度急剧上升, 迅速达到着火, 而其周围气相的温升速率却远小于颗粒的温升速率; 在着火过程中气相温度只在颗粒表面附近升高比较明显, 整体温度升高不大. 分析了颗粒群内部参数和环境参数对镁颗粒群着火的影响. 随颗粒浓度的增加, 颗 粒群变得易于着火, 其着火时间变短, 但颗粒浓度增大到一定程度后, 继续增大该值将对颗粒群的着火起消极作用. 环境压力对颗粒群着火的影响比较小,在1-5 atm范围内颗粒群的着火性能基本不变. 气相中氧气浓度对颗粒群的着火性能影响也不显著, 但当氧气浓度过小时, 对着火过程的影响将大大增强.颗粒粒径、气相/颗粒相初温、辐射源温度对颗粒 群着火的影响巨大,小粒径、高温度促使颗粒群快速着火.数值模拟与文献中试验 结果的变化趋势相一致.     

强点火作用下C3HF7对甲烷-空气爆炸的抑制

为解决瓦斯输送过程中的爆炸安全问题,探索寻找绿色环保且阻火性能优越的新型抑爆剂,开展了当量比下甲烷-空气预混气体爆炸传播过程中的七氟丙烷抑爆效果研究。实验采用长径比L/D=108的水平管道爆炸特性测试系统,研究了在强点火作用下不同体积分数的七氟丙烷对9.5%甲烷-空气预混气体最大爆炸压力、最大压力上升速率和火焰传播速度的影响。实验结果显示:将2.5 m长的管段作为七氟丙烷抑爆区时,七氟丙烷阻断9.5%甲烷-空气预混气体爆炸火焰传播的最小体积分数为5%;当七氟丙烷的体积分数为1%~4%时,不仅无法阻断爆炸火焰的传播,而且与对照组相比,会使火焰传播速度加快;当七氟丙烷的体积分数为1%~6%时,爆炸源及管道末端处的爆炸压力峰值随着七氟丙烷体积分数的增加而逐渐减小;当七氟丙烷的体积分数为3%时,抑爆区处的爆炸压力峰值与对照组相比增幅为10.9%。     

面阵探测下的污染云团红外光谱仿真

研究污染云团的红外光谱仿真,对于利用仿真光谱进行光谱识别的算法研究十分重要.在单元探测器探测方式下污染云团的红外光谱仿真研究取得了一定成果,并且已经被应用于识别算法的研究工作中.针对基于成像光谱仪的污染云团识别算法研究缺乏实测数据的问题,利用具有高仿真精度的基于物理模型的污染云团扩散模型及其仿真结果网格化的特点,研究相应的云团红外光谱仿真多层模型,提出了面阵探测方式下污染云团红外光谱的仿真方法,生成了同时具有光谱维和空间维信息的数据立方体,为该研究领域提供了新的研究方法.提出的面阵探测方式下的污染云团红外光谱仿真直观地反映了污染云团的扩散,提供了完备且符合实际情况的污染云团红外光谱立方体数据,对于提高和完善红外光谱识别算法具有重要意义.     

Multipoint radiation induced ignition of dust explosions: turbulent clustering of particles and increased transparency

Understanding the causes and mechanisms of large explosions, especially dust explosions, is essential for minimising devastating hazards in many industrial processes. It is known that unconfined dust explosions begin as primary (turbulent) deflagrations followed by a devastating secondary explosion. The secondary explosion may propagate with a speed of up to 1000 m/s producing overpressures of over 8–10 atm, which is comparable with overpressures produced in detonation. Since detonation is the only established theory that allows rapid burning producing a high pressure that can be sustained in open areas, the generally accepted view was that the mechanism explaining the high rate of combustion in dust explosions is deflagration-to-detonation transition. In the present work we propose a theoretical substantiation of an alternative mechanism explaining the origin of the secondary explosion producing high speeds of combustion and high overpressures in unconfined dust explosions. We show that the clustering of dust particles in a turbulent flow ahead of the advancing flame front gives rise to a significant increase of the thermal radiation absorption length. This effect ensures that clusters of dust particles are exposed to and heated by radiation from hot combustion products of dust explosions for a sufficiently long time to become multi-point ignition kernels in a large volume ahead of the advancing flame. The ignition times of a fuel–air mixture caused by radiatively heated clusters of particles is considerably reduced compared with the ignition time caused by an isolated particle. Radiation-induced multipoint ignitions of a large volume of fuel–air ahead of the primary flame efficiently increase the total flame area, giving rise to the secondary explosion, which results in the high rates of combustion and overpressures required to account for the observed level of overpressures and damage in unconfined dust explosions, such as for example the 2005 Buncefield explosion and several vapour cloud explosions of severity similar to that of the Buncefield incident.     

Numerical investigation of pulverized coal particle group combustion using tabulated chemistry

The ignition and combustion of coal particle groups are investigated numerically in a laminar flow reactor. The Flamelet Generated Manifold method is extended to account for the complex mixture of gases being released during devolatilization, which is calculated with a competing two-step model. A second mixture fraction is introduced to include the mixing with the second methane fuel stream. The interactions of the gas phase with particles are modeled within a fully coupled Euler-Lagrange framework. To investigate the influence of particle groups on ignition and combustion, successively increasing densities of particle streams have been analyzed. The ignition delay time is increased significantly by higher particle densities. This delay is validated successfully with the available measurements. Moreover, the shape of the volatile flame was found to be strongly influenced by the particle number density inside the flame. A transition from spherical flames around single particles to a conical flame around the particle cloud could be found in numerical results as well as in experiments. As the primary mechanism for the substantial ignition delay and the formation of the flame, the increased heat transfer from the gas-phase to the particle group, resulting in lower gas-phase temperatures, was identified.     

一种准二维柱面爆炸波加载装置的设计与验证

基于竖直爆轰管和径向Hele-Shaw Cell,设计并搭建了一套准二维柱面爆炸波加载装置,可以实现对Hele-Shaw Cell内部材料界面的径向冲击加载.竖直爆轰管内部的预混气体在底部点燃后,形成向上传播的冲击波,冲击波冲破爆轰管开口与Hele-Shaw Cell底板开孔之间的隔膜后,被Hele-Shaw Cell...     

反恐中微差控爆破门实验研究

 在解救人质或追捕恐怖分子时,需要利用炸药炸开门体或者墙体开辟一条快速通道,通常采用集团装药或多点药包同时起爆的方法进行爆破,但产生的冲击波超压值过高,很容易对反恐人员造成不必要的伤害。采用多点延时起爆方法进行微差控爆破门,与其它方法相比,在相同药量和距离下可以降低空气冲击波的超压峰值,从而有效避免冲击波对反恐人员的伤害。实验研究结果表明,防盗门中的膨胀螺栓可以作为破门弱点进行毁伤。通过实验,得到了破门的合理药量,利用不同药量下的冲击波超压值计算出了反恐人员的安全距离。