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模拟立式拱顶油罐内油气爆炸实验研究

爆炸与冲击 2022年第10期42卷 150-166页

作者：蔡运雄蒋新生王世茂余彬彬王子拓王春辉李玉玺陆军勤务学院油料系重庆401331 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所四川绵阳621000

为探究立式拱顶油罐内油气体积分数、点火位置和液位对爆炸超压特性参数与火焰发展的影响规律,开展了一系列的实验研究,得到以下结果:(1)1.7%是任一工况下的最危险油气体积分数,内场超压发展都可以分为超压上升、超压泄放和振荡衰减3个... 详细信息

为探究立式拱顶油罐内油气体积分数、点火位置和液位对爆炸超压特性参数与火焰发展的影响规律,开展了一系列的实验研究,得到以下结果:(1)1.7%是任一工况下的最危险油气体积分数,内场超压发展都可以分为超压上升、超压泄放和振荡衰减3个阶段。爆炸过程中CH、C_(2)、OH等自由基的生成和空间分布,使得不同初始油气体积分数下或不同爆炸阶段的火焰呈现不同的颜色变化。(2)点火位置对油气爆炸超压特性参数的影响较大,位置越靠下,爆炸威力越大。罐底中心点火时,内外场平均升压速率取得最大值,分别为0.46和0.05 MPa/s。(3)液位变化对油气爆炸内外场超压的影响较大,油罐侧壁上部位置点火时,50%液位是最危险的液位。任意液位下外场超压随比例距离的增大都呈现幂指数衰减规律,不同液位下油气爆炸外场冲击波超压峰值与距离和油气混合物体积的关系可以用一个公式统一表示。相比于气相空间,液相空间的超压变化具有延后性、负压增强和振荡衰减更快的特点。

关键词：立式拱顶油罐油气爆炸化学反应超压火焰

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氢氧燃烧加热器点火试验和数值仿真研究

航空动力学报 2023年

作者：方昕昕伍军康忠涛王振锋翟小飞李宏斌黄可武王世茂刘龙代雄中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室

点火试验和数值仿真研究了氢氧燃烧加热器，对比了二组元和三组元两种不同构型的加热器性能。试验结果表明：二组元和三组元燃烧加热器均实现了“自点火”，相较于三组元燃烧加热器，二组元燃烧加热器点火延迟时间减小约17.0%。试验中... 详细信息

点火试验和数值仿真研究了氢氧燃烧加热器，对比了二组元和三组元两种不同构型的加热器性能。试验结果表明：二组元和三组元燃烧加热器均实现了“自点火”，相较于三组元燃烧加热器，二组元燃烧加热器点火延迟时间减小约17.0%。试验中二组元和三组元燃烧加热器分别稳定燃烧190 ms和189 ms，没有出现不稳定燃烧。试验和数值仿真得到的高温点火区分布类似，三组元加热器高温点火区更集中于氢气喷孔之后，二组元加热器高温点火区呈现V型。从试验喷嘴图像可见，相较于二组元燃烧加热器，三组元燃烧加热器在喷嘴出口处烧蚀的面积更大，烧蚀部位的温度更高，与数值仿真结果一致。

关键词：燃烧加热器氢气喷注结构点火试验数值仿真

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油气爆炸在细长密闭管道内的振荡传播特性

振动与冲击 2017年第17期36卷 97-103,126页

作者：王波杜扬齐圣袁广强王世茂后勤工程学院供油系重庆401311

针对细长密闭管道内汽油蒸气-空气混合气爆炸的振荡传播特性进行实验。研究表明:细长密闭管道内的油气爆炸分为振荡和非振荡两种爆炸模式;振荡爆炸超压呈现出锯齿状振荡特征,其超压增长期由4个阶段组成:第1阶段无明显的压力上升;第2阶... 详细信息

针对细长密闭管道内汽油蒸气-空气混合气爆炸的振荡传播特性进行实验。研究表明:细长密闭管道内的油气爆炸分为振荡和非振荡两种爆炸模式;振荡爆炸超压呈现出锯齿状振荡特征,其超压增长期由4个阶段组成:第1阶段无明显的压力上升;第2阶段的高压力上升速率与快速的火焰有关;第3阶段的超压振幅以抛物线形式增长,此阶段是否有压力振荡与油气浓度、管道长径比有关,第3阶段的振荡周期随时间减小,振荡周期与火焰锋面前方的未燃区长度有关;第4阶段的超压振幅以指数形式增长,振荡周期趋于稳定并随管道长度的增加呈线性关系增加,振荡周期受到油气浓度的影响;振荡爆炸只在一定油气浓度范围内发生,且振荡爆炸的发生与油气浓度、管道长径比有关;振荡爆炸极限范围及其在油气的爆炸极限内所占比例均随管道长径比的增加而增大。

关键词：细长密闭管道油气长径比振荡爆炸振幅周期

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狭长密闭空间内油气爆炸火焰特性大涡模拟

化工学报 2018年第12期69卷 5348-5358页

作者：刘冲杜扬李国庆王世茂李蒙陆军勤务学院油料系重庆401311 63926部队北京100000

基于WALE模型和Zimont预混火焰模型对横截面尺寸0.187 m×0.187 m,长2 m的狭长密闭空间内汽油-空气混合物爆炸火焰特性进行了大涡模拟。将大涡模拟与RNG k-ε湍流模型计算结果及实验结果进行对比,验证了大涡模拟对于狭长密闭空间中汽油... 详细信息

基于WALE模型和Zimont预混火焰模型对横截面尺寸0.187 m×0.187 m,长2 m的狭长密闭空间内汽油-空气混合物爆炸火焰特性进行了大涡模拟。将大涡模拟与RNG k-ε湍流模型计算结果及实验结果进行对比,验证了大涡模拟对于狭长密闭空间中汽油-空气混合物预混爆炸计算的适用性。结果表明:(1)大涡模拟准确再现了火焰传播过程中的形态变化;(2)火焰锋面后已燃区壁面两侧和中轴线两侧涡旋结构分别对Tulip形火焰的形成和消散有显著影响,且形成及消散前的两种涡旋结构方向相反;(3)当量比浓度下汽油-空气混合物爆炸未燃区气体流动始终保持正向传播,且爆炸超压、火焰传播速度和火焰传播形态三者间存在显著的耦合性。

关键词：密闭空间油气数值模拟超压火焰特性

汽油蒸气/空气预混火焰的无拉伸层流燃烧速率

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爆炸与冲击 2017年第5期37卷 863-870页

作者：李阳超杜扬齐圣李国庆王世茂后勤工程学院供油系重庆401331

为了研究汽油蒸气/空气的爆炸特性,介绍了汽油蒸气/空气预混火焰的无拉伸层流燃烧速率。通过实验研究了无拉伸层流燃烧速率,与汽油的主要组分异辛烷和正庚烷与空气的预混火焰层流燃烧速率做了对比,发现汽油蒸气/空气的无拉伸层流燃烧速... 详细信息

为了研究汽油蒸气/空气的爆炸特性,介绍了汽油蒸气/空气预混火焰的无拉伸层流燃烧速率。通过实验研究了无拉伸层流燃烧速率,与汽油的主要组分异辛烷和正庚烷与空气的预混火焰层流燃烧速率做了对比,发现汽油蒸气/空气的无拉伸层流燃烧速率小于异辛烷和正庚烷与空气的预混火焰无拉伸层流燃烧速率,但无拉伸层流燃烧速率随当量比的变化规律相同,随着当量比增大,无拉伸层流燃烧速率呈先增大、再减小的变化趋势,最大值在当量比为1处取得。

关键词：汽油蒸气爆燃预混火焰超压无拉伸层流燃烧速率

置障条件下半密闭空间油气爆炸特性实验与数值模拟

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化工学报 2017年第11期68卷 4437-4444页

作者：欧益宏李润袁广强李国庆王世茂陆军勤务学院油料系陆军72489部队

针对置障条件下容积式半密闭空间内油气着火爆炸特性进行了研究,通过高速摄影等技术手段对爆炸过程中火焰形态,爆炸超压特性进行了实验,并对实验进行了大涡模拟,精确模拟了火焰与障碍物相互作用时的火焰形态,流场结构,超压特性,与实验... 详细信息

针对置障条件下容积式半密闭空间内油气着火爆炸特性进行了研究,通过高速摄影等技术手段对爆炸过程中火焰形态,爆炸超压特性进行了实验,并对实验进行了大涡模拟,精确模拟了火焰与障碍物相互作用时的火焰形态,流场结构,超压特性,与实验进行了对比分析。结果表明:障碍物的存在会使火焰结构发生变化,出现半球形圆锥形毛刷形的转变,并在障碍物下游由于未燃气体的卷吸产生火焰旋涡;爆炸超压峰值的产生是燃烧速度与泄压速度相互耦合作用的结果,在油气爆炸过程中,障碍物的存在会导致燃烧速度以及泄压速度的变化,进而对超压峰值产生一定的影响。

关键词：障碍物半密闭空间大涡模拟油气湍流混合物实验验证

基于流固耦合的立式拱顶储罐油气爆炸数值模拟

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振动与冲击 2018年第22期37卷 231-237,268页

作者：欧益宏李润袁广强李国庆王世茂陆军勤务学院油料系陆军72489部队

针对1 000 m^3立式拱顶储罐内部油气爆炸进行了数值模拟,并对625 L模拟储罐进行了模型实验验证,对耦合条件以及非耦合条件下储罐内部爆炸流场发展,不同测点超压变化进行了对比分析,同时对耦合条件下储罐结构响应进行了研究。结果表明:(1... 详细信息

针对1 000 m^3立式拱顶储罐内部油气爆炸进行了数值模拟,并对625 L模拟储罐进行了模型实验验证,对耦合条件以及非耦合条件下储罐内部爆炸流场发展,不同测点超压变化进行了对比分析,同时对耦合条件下储罐结构响应进行了研究。结果表明:(1)非耦合条件与耦合条件下流场发展以及超压变化趋势基本相同,但耦合条件下储罐内部完全燃烧时间比非耦合条件下慢60 ms,超压荷载峰值比非耦合条件下小10%左右。(2)爆炸时,储罐顶部变形最大,最大应力区域出现在顶-壁,底-壁连接处,考虑到实际工程情况,设计时应遵循"弱顶盖连接设计"原则。

关键词：拱顶储罐油气爆炸流固耦合数值模拟湍流

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细长密闭管道内油气爆炸特性研究

振动与冲击 2017年第9期36卷 80-85,145页

作者：王波杜扬李国庆袁广强王世茂后勤工程学院供油系重庆401311

针对长径比对密闭管道内汽油蒸汽和空气的混合气爆炸特性的影响进行实验。研究表明:细长密闭管道内的油气爆炸压力为两阶段上升,而压力上升速率曲线呈现出"双峰"结构;最大爆炸压力和取得最大pmax值的最佳油气浓度均随管道长径比L/D的增... 详细信息

针对长径比对密闭管道内汽油蒸汽和空气的混合气爆炸特性的影响进行实验。研究表明:细长密闭管道内的油气爆炸压力为两阶段上升,而压力上升速率曲线呈现出"双峰"结构;最大爆炸压力和取得最大pmax值的最佳油气浓度均随管道长径比L/D的增加逐渐减小;达到最大爆炸压力所需时间随管道长径比L/D的增加呈线性关系增加,且靠近最佳油气浓度的油气受管道长径比的影响较小,而偏离最佳油气浓度较远的油气受管道长径比的影响较大;随着油气浓度的增大,第二个压力上升速率峰值先呈指数增长,达到峰值之后呈负指数下降;当油气浓度低于临界浓度时,第二个压力上升速率峰值比第一个压力上升速率峰值低,而高于临界浓度时则反之;第一个和第二个压力上升速率峰值及取得最大(dp/dt)max2值的油气浓度均随管道长径比L/D的增加而降低。这些规律性的结论可为管道的防抑爆设计提供理论依据和重要参考。

关键词：细长密闭管道油气爆炸长径比爆炸压力

连续圆孔障碍物对油气泄压爆炸火焰特性影响大涡模拟

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爆炸与冲击 2018年第6期38卷 1286-1294页

作者：李国庆杜扬齐圣王世茂李蒙李润陆军勤务学院油料系 62250部队

采用WALE模型和Zimont预混火焰模型对内置圆孔障碍物油气泄压爆炸火焰特性进行了大涡模拟,并将大涡模拟计算结果和RNG k-ε湍流模型计算结果以及实验结果进行对比分析,验证了大涡模拟的精确性。结果表明:(1)大涡模拟在预测油气爆炸超压... 详细信息

采用WALE模型和Zimont预混火焰模型对内置圆孔障碍物油气泄压爆炸火焰特性进行了大涡模拟,并将大涡模拟计算结果和RNG k-ε湍流模型计算结果以及实验结果进行对比分析,验证了大涡模拟的精确性。结果表明:(1)大涡模拟在预测油气爆炸超压、火焰传播速度以及火焰形态变化等方面比RNG k-ε湍流模型精确度更高,且能表现出更多流场的精细化结构;(2)障碍物诱导管道内形成湍流度较高的流场区域,导致火焰产生褶皱弯曲变形,增大火焰面积,加速火焰传播;(3)爆炸超压、火焰传播速度和火焰面积内在联系密切,具有显著的耦合性,且随时间的变化趋势存在高度的一致性。

关键词：油气泄压爆炸大涡模拟障碍物火焰特性