邵卫[1]2002年在《开敞空间可燃气云爆炸研究》文中提出开敞空间气云爆炸事故会导致惨重的人员伤亡和巨大的财产损失，因此有效地预测潜在爆炸所产生的威力并提出切实可行的防灾减灾措施已成为安全技术领域的主要课题之一。 本文的主要工作和结论如下： (1)推导了描述可燃气云爆炸的3个守恒方程，并进行了合理简化。利用能量均匀加入法和有限差分技术，编制了半球形气云爆炸过程的计算程序。利用该程序计算了爆炸场参数，计算结果表明： ①气云半径越大，爆炸最大压力越大：气云半径越大，气云区内部爆炸压力在能量释放过程中增加得越快，在能量释放完毕以后衰减得也越快； ②爆热越大，爆炸最大压力越大；爆热越大，气云区内部爆炸压力在能量释放过程中增加得越快，在能量释放完毕以后衰减得也越快。 (2)数值方法的可靠性通常用黎曼问题的解析解检验，本文以无量纲计算区长度为2，高压区长度为0.8，状态参数为p_1=2，p_2=1，ρ_1=ρ_2=1，u_1=u_2=0条件下的黎曼问题解析解对所编制的爆炸场计算程序进行了考核，结果表明该程序的计算误差在9％以内；为考核本文计算模型预测开敞空间气云爆炸的适用性，以文献[8]的实验数据进行了校核，计算误差在13％以内。 (3)本文设计了由压力变送器、数据采集卡、计算机和电火花装置组成的测试系统，建立了可燃气云爆燃实验系统；以化学计量浓度的乙炔-空气混合物为实验介质，在正交实验的基础上，对半球形气云内部与气云同心的半球形多孔障碍物对火焰的加速作用进行实验研究，并归纳出爆炸超压与其影响因素之间的关系；同时还考察了障碍物数量对爆炸超压的影响。 ①障碍物半径和障碍物空隙率对爆炸超压影响非常显著。 ②对于单个障碍物，气云半径和障碍物半径不变时，随着障碍物空隙率增大，爆炸超压逐渐减小。在r/R_0=1.2～4.0的范围内，爆炸超压与障碍物半径及距气云中心的距离之间的关系为Δp=1.23φ-0.87/r(2.11-1.19φ)。 ③对于单个障碍物，气云半径和障碍物空隙率不变时，随着障碍物半径增大，爆炸超压逐渐增大。在r/R_0=1.2～4.0的范围内，爆炸超压与障碍物半径及距气云中心的距离之间的关系为Δp=16.16R_b~(1.03)/r(0.96+1.65R_b)。 ④气云半径和障碍物空隙率不变时，随着障碍物数量增大，爆炸超压逐渐增大；障碍物数量相同时，障碍物半径越大，爆炸超压越大。
党福辉[2]2017年在《开敞空间可燃气云爆炸数值模拟研究》文中研究说明随着现代化工生产企业的快速发展,因可燃气体泄漏导致的重大安全生产事故频繁发生,可燃气体的爆炸往往会直接致使重大的伤亡事故和财产损失,其中重要的原因之一就是对可燃气体发生爆炸的机理和规律的研究不够充分,导致在突发事件发生后,防爆和抑爆装置未能起到很好的效果。目前为止,许多学者针对可燃气体的爆炸已经展开了比较深入的研究和探索,然而由于其爆炸的危险性和复杂性,对其不同条件下发生爆炸的规律研究仍然是该领域研究的热点和难点。计算机的快速发展为研究可燃气云的爆炸提供了更多便利的条件,尤其是CFD数值模拟方法的普遍应用。本文研究是在充分学习了解可燃气体爆炸的理论基础之上,并且借鉴相关研究成果,基于流体力学控制方程组、Realizablek-ε湍流方程和Eddy-Dissipation燃烧模型,建立了可燃气云爆燃的理论模型,对半径为0.5m的半球形乙炔-空气预混气云爆炸进行了三维数值模拟,并采用了密度基耦合求解器进行了数值求解,研究了爆炸超压随着时间变化的分布规律、最大超压与爆心距离的关系以及可燃气云燃料浓度对爆炸超压的影响,并把数值模拟结果与实验值进行了分析比较。论文选取了乙炔质量分数分别为5.3%、10.4%、13.3%和15.4%的预混气体,并得到不同质量分数的混合气云爆炸超压沿时间与空间的分布,模拟得到最大爆炸压力与实验结果吻合良好,最大相对偏差为13.79%;乙炔-空气爆炸的最危险质量分数为13.3%,其大约为化学计量比浓度的1.1倍,在这个浓度下,爆燃强度最大,同时破坏力也最严重;在气云爆炸初期,爆炸压力急剧增加,达到最大爆炸压力,在短期内有周期性的超压波不断向外扩散,且当气体浓度处于最危险质量分数时,产生的爆炸压力最大。在工业生产中,应尽量避免气体浓度达到其最危险质量分数,从而预防事故的发生。基于建立的可燃气云爆炸数值模型,进一步在开敞空间内放置障碍物,即在障碍物的诱导下,会产生极大破坏力的爆炸。因此,本文研究了有障碍物约束条件下对可燃气云爆炸场的影响,为提出可行的防爆、抑爆方案提供理论依据和数据支持。本文通过对内置障碍物条件下乙炔-空气爆炸进行了数值模拟,分析了障碍物对爆炸超压产生的加速机理、距点火源不同距离的障碍物对爆燃强度的影响以及障碍物的数量对爆炸超压的影响。通过研究得出,同一测点,相比无障碍物时,达到峰值超压的时间明显缩短,且最大爆炸压力大约为无障碍物时的6~8倍,最大爆炸压力可达25.33KPa,障碍物对爆炸超压具有较强的加强作用,可造成建筑物的严重破坏;当障碍物在气云内部时,可燃气云爆炸产生的峰值超压随着障碍物与点火源距离的增加而增加;当障碍物在可燃气云外部时,峰值超压逐渐有减小的趋势;可燃气体爆炸超压与障碍物数量呈正比,也就是随着障碍物数量的增加,障碍物对爆炸冲击波阻碍的程度就越大,则湍流程度越大,会产生更大的爆炸威力。
牛坤[3]2007年在《开敞空间可燃气体扩散规律与爆燃现象的研究》文中研究表明可燃气体在输送、贮存、加工和使用过程中如果不慎泄漏,与大气混合形成可燃气云,如遇明火极易发生爆炸,从而造成巨大的人员伤亡和财产损失。本文在国家重点基础研究发展规划(973)的资助下完成了开敞空间可燃气体扩散规律与爆燃现象的研究。对实际场景进行了抽象、简化,建立计算采用的物理模型,用FLUENT6.2进行开敞空间可燃气体扩散及燃烧的数值模拟,并针对扩散的物理模型利用相似理论进行缩小,完成了大空间燃气扩散的实验研究。利用CFD方法对燃气连续性泄漏后的扩散现象进行了数值模拟。以丙烷为例,着重研究了燃气泄漏速度、风速、障碍物等因素对燃气扩散过程的影响。在大量数值模拟数据的基础上,经分析得到燃气在扩散过程中的分布规律:可燃气云在下风方向上的扩散距离随泄漏速度增加而增大,随风速的增大而先增大后减小;当障碍物高度较低时,气云将会越过障碍物继续扩散,但当障碍物高度较高时,气云会绕过障碍物继续扩散;泄漏若发生在障碍物下风方向,受障碍物后部漩涡的影响,一大部分可燃气体将滞留于障碍物的背风区域,泄漏点越接近障碍物后的旋涡中心,泄漏危害越大。针对燃气爆燃的情况,本文将其进一步简化为二维均浓度半球气云模型,通过分析数据,可得到如下结论:某点爆燃超压值(?) P =kR_0~2/r,其中R_0为气云半径,r为该点与点火中心的距离;超压值随气云浓度的增大呈现先增大后减小的趋势;在气云附近加入挡板后,会对气云超压起到加强的作用,且距离越近挡板影响越明显。
李生娟, 毕明树, 丁信伟[4]2004年在《障碍物诱导的可燃气云爆炸压力场的实验模拟》文中指出开敞空间可燃气云爆炸 ,尤其是在障碍物诱导下具有极大破坏力的爆炸 ,会造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此 ,研究约束条件对气云爆炸场的影响 ,对进一步提出可行的防爆、抑爆方案提供理论依据具有重要意义。为此 ,建立了开敞空间可燃气云爆炸的实验系统 ,对半球形乙炔—空气预混气云内半球条栅形障碍物对爆炸威力的影响进行了实验研究。障碍物半径为 0 .1～ 0 .3m ,条栅宽度为 15～ 6 0mm ,空隙率为 2 0 %～ 75 % ,气云半径为 0 .2 5～ 1.2 5m。通过对实验数据进行曲线拟合回归 ,并经方差检验 ,得到了对实际应用具有指导作用的拟合关系式
陈文瑛, 柴建设[5]2009年在《有障碍物开敞空间可燃气云爆炸超压场的数值模拟》文中研究表明利用计算流体动力学软件AutoReaGas定量研究障碍物、障碍物阻塞比对开敞空间可燃气云爆炸超压场的影响以及爆燃超压随测点距离变化的分布规律。研究结果表明:当有障碍物存在时,爆炸峰值超压会显著增加,且峰值超压随着障碍物阻塞比的增加而增加。对于有障碍物条件下开敞空间的丙烷气云爆炸,无论是气云内部还是气云外部,随着距爆心距离的增加,峰值超压都有减小的趋势。
罗正鸿, 丁信伟, 王淑兰, 詹晓力, 阳永荣[6]2001年在《开敞空间可燃气云爆炸研究进展》文中指出就国内、外有关开敞空间可燃气云爆炸的文献 ,对其模拟方法及实验研究进行了较为全面的综述。其中所介绍的研究方法主要有纯理论计算、半理论半实验、实验研究 3种
党福辉, 董呈杰, 孙旭红[7]2017年在《开敞空间可燃气云爆炸数值模拟研究》文中指出基于流体力学控制方程组、Realizable湍流方程和Eddy-Dissipation燃烧模型,建立了可燃气云爆燃的理论模型,对半径为0.5 m的半球形乙炔-空气预混爆炸进行了三维数值模拟,并采用了密度基耦合求解器进行了数值求解.选取了乙炔质量分数分别为5.3%、10.4%、13.3%和15.4%的预混气体,并得到不同质量分数的混合气云爆炸超压沿时间与空间的分布,模拟得到最大爆炸压力与实验结果吻合良好,最大相对偏差为13.79%;在气云爆炸初期,爆炸压力急剧增加,达到最大爆炸压力,在短期内有周期性的超压波不断向外扩散,且当气体浓度处于最危险质量分数时,产生的爆炸压力最大.在工业生产中,应尽量避免气体浓度达到其最危险质量分数,从而预防事故的发生.
任新见, 张庆明, 薛一江[8]2014年在《不同点火方式下开敞空间半球形液化气气云爆炸效应试验研究》文中研究指明通过塑料薄膜制作开敞空间半球形液化气气云,分别采用电火花塞、导爆索进行点火,进行不同浓度液化气气云的爆炸试验,考察了不同点火方式下液化气气云爆炸的冲击波效应。试验结果表明:弱点火条件下液化气气云发生爆燃,且存在爆炸浓度极限范围,爆燃压力与爆心距近似成反比;强点火条件下液化气气云发生爆轰,超压与爆心距、气云浓度、强点火能量相关。
孙博[9]2000年在《开敞空间可燃气云爆炸研究》文中提出由于蒸气云爆炸对国民经济造成了巨大的损失，预测潜在的爆炸所产生的威力并提出有效的防灾减灾措施已成为科技工作者们研究本课题的主要方向。 本文实施了平板障碍物蒸气云爆炸实验，研究气云半径R、板离爆心的距离d与气云半径的比值d/R、以及板上横坐标x、纵坐标y与气云半径的比值x/R、y/R对超压值影响。利用三次样条插值分析和最小二乘法进行曲线拟和得到了乙炔与空气以化学配比混合形成的气云爆炸时在单方向平板形障碍物上的压力分布式：经本文实验考核得出此式计算值与实验值之间的偏差为：有12．5％点的相对误差值≤5％；有50％点的相对误差值≤10％;有87．5％点的相对误差值≤20％；有96．9％点的相对误差值≤30％。但是此式还有待于进一步大型实验验证。 本文考察了平板数量及摆放方式对于半球形气云爆炸强度的影响。由实验得出：蒸气云爆炸在外界场中受到障碍物限制的大小对蒸气云爆炸威力的影响较大。 本文考察了内部障碍物对于半球形气云爆炸强度的影响。由实验得出：在气云内部摆放纱网障碍物与未摆放内部障碍物式在平板上所得到的超压值没有多大差别；在气云内部摆放12块砖做障碍物时所得到的超压值是未摆放内部障碍物式所得到的超压值的1．7～6倍。 本文通过分析流体力学方程组中的质量和动量守恒方程得到气云外部没有障碍物情况时的超压；而后以此为基础，借鉴空气冲击波遇到障碍物的超压变化行为得到在不同半径的半球形气云爆炸时与爆心成不同距离处的平板障碍物上压力值的分布规律。并由理论分析得到： ①气云在外部无约束条件下在形成的最大超压场的分布规律：爆炸场中超压值与离爆心的距离成反比。 ②当气云爆炸时，火焰有一个加速过程。因此，大气云爆炸要比小气云爆炸产生的压力高。 ＠如果火焰加速度咐／dt不是很大的情况下，最大超压的形成是在火焰面到达可燃气云边界R边的一霎那形成的；并且整个流场中的最高压力就产生在这个边界上。 ④燃烧速度较慢、气体反应活性较小（决定了斗的大小）的气体在开场空间燃爆的时候不可能产生很高的压力。 ⑤由空气冲击波的反射理论得到：弱冲击波的反射压力大约是入射压力的（l＋cos小；）倍（小；是入射角）。 经本文实验考核，本文理论的计算结果的偏差为：有40％点的相对误差值＄ 10％：有 70％点的相对误差值＄20％；有 85刀％点的相对误差值＜30％。
罗正鸿, 詹晓力, 丁信伟, 王淑兰, 阳永荣[10]2002年在《小气量开敞空间可燃气云爆燃实验》文中进行了进一步梳理以乙炔 -空气混合形成的非理想爆源作为实验对象 ,从静、动态两方面即以三种可燃气云形状点火爆燃对火焰在气云 (开敞空间 )中产生的压缩波进行了系统的、较为全面的模拟实验 ,记录了实验过程的超压 -时间曲线 ,并对实验结果进行了比较和讨论 .结果表明 ,从能量释放角度出发 ,实际所发生的开敞空间可燃气云爆炸有演变为爆轰的趋势 ;开敞空间可燃气云爆炸属于非理想爆源爆炸
参考文献：
[1]. 开敞空间可燃气云爆炸研究[D]. 邵卫. 大连理工大学. 2002
[2]. 开敞空间可燃气云爆炸数值模拟研究[D]. 党福辉. 天津理工大学. 2017
[3]. 开敞空间可燃气体扩散规律与爆燃现象的研究[D]. 牛坤. 河北工业大学. 2007
[4]. 障碍物诱导的可燃气云爆炸压力场的实验模拟[J]. 李生娟, 毕明树, 丁信伟. 天然气工业. 2004
[5]. 有障碍物开敞空间可燃气云爆炸超压场的数值模拟[J]. 陈文瑛, 柴建设. 中国安全科学学报. 2009
[6]. 开敞空间可燃气云爆炸研究进展[J]. 罗正鸿, 丁信伟, 王淑兰, 詹晓力, 阳永荣. 化工机械. 2001
[7]. 开敞空间可燃气云爆炸数值模拟研究[J]. 党福辉, 董呈杰, 孙旭红. 天津理工大学学报. 2017
[8]. 不同点火方式下开敞空间半球形液化气气云爆炸效应试验研究[J]. 任新见, 张庆明, 薛一江. 兵工学报. 2014
[9]. 开敞空间可燃气云爆炸研究[D]. 孙博. 大连理工大学. 2000
[10]. 小气量开敞空间可燃气云爆燃实验[J]. 罗正鸿, 詹晓力, 丁信伟, 王淑兰, 阳永荣. 浙江大学学报(工学版). 2002