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。     

气云内存在障碍物时的爆炸压力计算

通过引入障碍物扰动因子,对球形可燃气云内存在对称障碍物的爆炸过程进行了理论分析,建立了物理和数学模型,并编制了爆炸压力场的计算程序,获得了气云爆炸压力与气云半径、距气云中心的距离之间的关系。按国际标准和美国标准建设了爆炸试验系统并进行了试验,计算结果与实验结果的偏差小于20%。将计算结果与多能模型方法比较,在气云爆炸超压与量纲一距离之间的关系上,结果与多能模型一致,且较大的气云与多能模型中较高的爆炸级别相对应。     

锆金属粉尘云的爆炸特性

采用20 L近球形爆炸实验系统对锆粉尘云的爆炸特性开展了实验研究,分别分析了初始点火能量、点火延迟时间、粉尘云浓度3种因素对锆粉尘云爆炸强度的影响,揭示了锆粉尘云在密闭容器中的爆炸特性。在本实验条件下,结果表明:初始点火能量对锆粉尘云最大爆炸压力有显著影响,锆粉尘云最大爆炸压力随初始点火能量的增大而增大;随点火延迟时间的增加,锆粉尘云最大爆炸压力先增大后减小,存在最佳点火延迟时间;随粉尘云浓度的增大,锆粉尘云最大爆炸压力先增大后减小,存在最佳锆粉尘云浓度,得到锆粉尘云的爆炸下限为18~20 g/m3。     

无约束气云爆燃压力场的计算

利用球形流体力学方程和燃烧反应模型导出了无约束气云弱点火爆燃过程的压力分布场 ,编制了求解压力场的计算程序 ,可计算不同尺寸气云爆炸时各点的爆炸压力值。进行了可燃气云爆燃实验 ,对计算结果进行了考核。与实验结果相比 ,计算结果的偏差小于2 0 %。     

爆炸焊接界面波的数值模拟

借助动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA 11.0,运用光滑粒子流体动力学方法(SPH方法),建立以Johnson-Cook材料模型和Grüneisen状态方程为基础的热塑性流体力学模型,对同种钢板爆炸焊接界面波进行了数值模拟.结果表明,运用SPH方法可以得到清晰的爆炸焊接界面波形貌.与实验结果的比较表明:模拟误...     

近地空中气云爆炸波遇地面反射的研究

从非定常Ｅｕｌｅｒ方程出发，用高精度、高分辨率的ＴＶＤ格式，对近地空中轴对称气云爆炸波遇地面反射进行了数值模拟，得到了冲击波在地面由规则反射到马赫反射的爆炸场波系结构、沿地面的压力分布与地面指定点的压力时间曲线。比较了同体积不同初始形状气云爆炸效应。本文方法可预测爆炸场参数并对改进弹体结构设计以控制气云形状提供参考。     

不同当量强爆炸早期火球现象的数值模拟

采用一维球对称辐射流体力学方程组,研究了不同当量强爆炸早期火球阵面、冲击波的形成发展过程,对计算结果进行了相似律分析。结果表明,随爆炸当量增加,火球阵面、冲击波扩张速度加快,火球扩张过渡阶段开始结束位置及持续范围增加,火球中心温度下降变慢;在火球阵面以冲击波扩张传播以后,火球阵面参量满足立方根相似律。     

爆炸烟云中粒子运动的数值模拟

以10 kg TNT爆炸装置在开阔无风地带爆炸为背景,使用Autodyn计算得到爆炸后1 ms时的爆轰产物状态,为爆炸烟云中粒子运动的数值模拟研究提供了可靠的源项几何模型和物理参数;而后使用GAMBIT建立了双层源项模型;最后将模型网格导入Fluent软件,建立离散粒子模型,计算得出了1、10、50、100 m粒径的粒子运动轨迹,系统分析了烟云在上升过程中各粒径粒子的分布和运动趋势,给出了不同高度的粒子浓度,为源项分析提供了理论基础。     

瓦斯爆炸诱导沉积煤尘爆炸的数值模拟

建立了描述瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘参与爆炸的物理和数学模型,借助流场模拟平台,对瓦斯爆炸 卷扬沉积煤尘参与爆炸的过程进行了数值模拟;并把模拟值与实验值进行了对比;对爆炸过程中的速度场和 温度场进行了深入的分析。通过比较分析爆炸压力、速度场以及温度场,认为模拟结果清楚地展现了沉积煤 尘的扬起和爆炸过程,达到了瓦斯爆炸诱导沉积煤尘爆炸数值模拟的要求。     

近水面水下爆炸二维Level-set数值模拟

水下爆炸是一个多介质、动边界、瞬态非线性过程,捕捉介质之间交界面的变化是数值模拟的一个难点.本文采用Level-set方法来描述水下爆炸气体产物和流体交界面以及自由表面变化,应用TVD (Total Variation Diminishing) 计算技术求解Level-set流场,首先建立了近水面水下爆炸的二维数值方法,然后,将该方法推广到流场内有刚性结构的情况,考虑了冲击波和刚性结构物的相互作用.为了模拟无限边界流场问题,引进了Thompson建立的无反射边界条件.     

Mathematical simulation of gas cloud motion following the atmospheric explosion of a meteoroid

The gasdynamic consequences of the explosion of a meteoroid in a dense atmosphere are studied. The gas motion is simulated on the basis of a high-accuracy numerical method using adaptive movable networks. Some effects which could not be reproduced using coarser networks are revealed. Moscow. Translated from Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 1, pp. 29–37, January–February, 1998. The study was carried out with the support of the Russian Foundation for Fundamental Research (project No. 96-01-00448).     

内设半球条栅形障碍物的可燃气云爆炸实验研究

以混合比为13.3%的乙炔 空气混合物为介质进行了内设半球条栅形障碍物的可燃气云爆燃实验研究。通过对实验数据进行曲线回归,并经方差分析检验,得到了描述可燃气云爆燃压力场的拟合关系式。应用多能模型构想对半球形可燃气云内设半球条栅形障碍物的爆燃实验结果进行分析,得到综合考虑边界条件、混合物活性和尺度比例因子的爆燃超压关系式,为其它可燃气云在其它形式障碍物约束下的爆燃超压提出估算方法。     

球形重质气体物理爆炸特性

基于大涡模拟方法,结合高阶混合格式,对高压重质的SF₆球形气云在空气中爆炸进行了模拟。数值模拟表明,爆炸产生的激波经过气体分界面时分为透射激波以及反射稀疏波,透射激波导致气体分界面处Richtmyer-Meshkov失稳增强,从而加速了2种气体的混合,而反射的稀疏波经过汇聚,在球心处形成二次激波,在该强激波作用下,流场区域基本呈现湍流形态。     

浅埋高压输气管道爆炸地面振动的原型试验与数值模拟研究

针对浅埋高压输气管道爆炸产生的地面振动效应,采用现场试验结合数值模拟的方法展开研究。组织实施了全尺寸天然气管道爆炸试验,掌握了高压输气管道爆炸地面振动的量级范围以及衰减规律。经试验数据分析得到,埋地高压天然气管道爆炸造成的地面振动主要产生于物理爆炸过程中,随后发生的天然气爆燃过程并未产生明显的地面振动。基于非线性有限元程序 LS-Dyna建立了高压输气管道爆炸试验计算模型,计算结果与试验现象吻合较好,验证了模型参数设计的合理性。进一步分析了管道爆炸瞬间管内气体-管壁-土体的相互作用机理、应力分布以及裂纹扩展规律。由计算结果分析得到,管道开裂是由于内部高压气体推动管壁向两侧扩展在裂纹尖端处形成了应力集中,管壁冲击土体的速度可达50 m/s,冲击产生的塑性状态向远处传播逐渐衰减为弹性应力波,即形成了地面振动效应。研究成果揭示了高压气体管道爆炸地面振动的主要成因,可为爆炸事故振动预防提供理论参考和技术支持。     

聚能射流三维数值模拟

研究三维多介质界面处理及数值模拟问题。采用拉格朗日法、欧拉法相结合的方法在矩形网格上离散差分基本方程组;在欧拉步中引入模糊方法处理界面,计算各输运量;编写了数值模拟程序,并对线型装药金属罩聚能射流模型进行模拟。证明模糊界面描述和模糊输运计算有效、可行。     

混凝土中爆炸数值仿真算法研究

用AUTODYN动力学软件对装药在混凝土介质靶中爆炸作数值仿真,研究了不同的网格描述方法,以及网格划分方法对计算结果的影响。通过实际算例比较了Lagrange算法和SPH算法以及不同的网格划分细度对靶径向、轴向不同距离的最大冲击压力、靶背过载以及损伤区、炸坑大小的模拟计算结果。分析得到了混凝土介质靶中爆炸问题数值仿真的合适算法,即拉氏算法对炸点近处的较高的最大冲击压力有较好的敏感能力,SPH算法对仿真计算爆坑形态以及抛掷体速度等具有明显的优势。对于算例问题,拉氏算法10 mm网格和SPH算法3 mm粒子即可满足一定的计算精度。     

爆炸力学数值模拟中本构建模问题的讨论

就爆炸力学数值模拟中的本构建模问题的有关内容作了讨论,包括:波传播研究与材料的动态特性研究的相互依赖、容变律与畸变律的解耦与耦合、率型本构关系与失效准则、应变率效应与温度效应的等效性、加载本构关系与卸载本构关系以及流变过程与损伤演化过程的耦合等,并展望了今后的有关发展动向。