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管道内预混可燃气体爆炸及其泄爆的数值模拟

管道内预混可燃气体爆炸及其泄爆的数值模拟

作者：师峥中北大学

学位级别：硕士

可燃气体爆炸是工业生产和生活中爆炸灾害的主要形式之一。为了更好地预防和控制易燃气体爆炸事故,本文利用气体爆炸模拟软件AutoReaGas对管道内预混可燃气体爆炸及其泄爆特性进行数值模拟研究,揭示甲烷掺混氢气比例、初始条件、障碍物... 详细信息

可燃气体爆炸是工业生产和生活中爆炸灾害的主要形式之一。为了更好地预防和控制易燃气体爆炸事故,本文利用气体爆炸模拟软件AutoReaGas对管道内预混可燃气体爆炸及其泄爆特性进行数值模拟研究,揭示甲烷掺混氢气比例、初始条件、障碍物以及泄爆条件等因素对爆炸特性的影响规律,主要研究工作和成果如下:研究了管道内甲烷掺混氢气比例对爆炸峰值超压和温度的影响规律。峰值超压随着掺氢比的增加而增加。当掺氢比为75%时,最大峰值超压为27.03bar,达到掺氢比25%时产生的最大峰值超压5.571bar的4.85倍。随着掺氢比的增加,爆炸峰值温度具有明显增大的趋势。当掺氢比从25%增加到75%时,得到的爆炸峰值温度从3170K增加到4791K,提高了1621K。研究管道内初始压力和初始温度对预混燃气/空气混和物爆炸压力的影响规律。爆炸峰值超压随初始压力的增加呈线性增加。此外,初始压力对爆炸峰值超压的影响越来越大始温度的升高逐渐减弱。初始温度25oC和50oC时,初始压力每升高1bar,得超压峰值增加到59kpa和53kpa,分别。爆炸峰值超压随着初始温度的升高而逐渐减小,初始温度对爆炸峰值超压的影响与初始压力的大小密切相关。初始温度对爆炸峰值超压的影响随着初始压力的增加而增大。研究了内置障碍物管道内障碍物数量,阻塞比等因素对预混甲烷/空气混合气体爆炸压力的影响规律。爆炸峰值超压随着障碍物数的增加而增加。当障碍物的数量增加到13时,在管内最大峰值超压达到882.0kpa,为无障碍物时管内最大峰值超压19.1kPa的46.2倍。峰值超压随着阻塞比的增大而增大,但随着阻塞率的增加,其峰值不单调增加,但当阻塞比达到一定程度时,峰值超压将逐渐减小。当阻塞比为75%峰值超压达到最大值489.5kPa,为无障碍物时最大峰值超压的25.6倍。研究了泄爆膜位置和泄爆压力等条件对管道中甲烷/空气混合气体爆炸超压以及温度等参数的影响规律。泄爆膜位置对爆炸峰值超压和温度均有显著影响。当泄爆膜位置在Ⅱ(管道中间)时,管内最大峰值超压和温度达到最小,泄爆效果最好。泄爆压力对压力波传播有较大影响。泄爆压力越大,压力波沿管道传播过程中超压的衰减速率越慢,曲线也越平缓。泄爆压力的变化对管道峰值温度的影响程度不大。

关键词：气体爆炸数值模拟爆炸超压障碍物泄爆管道

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建筑泄爆玻璃幕墙的结构设计计算与性能评价

建筑泄爆玻璃幕墙的结构设计计算与性能评价

作者：孙尧吉林大学

学位级别：硕士

目前建筑行业泄爆幕墙主要有泄爆板幕墙、泄爆玻璃幕墙两种类型。泄爆板幕墙在长时间使用过程中,易产生变形移位,造成漏风、渗雨,并且在发生爆炸时,泄爆板和型材一起震出引起二次伤害。而泄爆玻璃幕墙属于轻质脆性材料,遇爆炸时能够在... 详细信息

目前建筑行业泄爆幕墙主要有泄爆板幕墙、泄爆玻璃幕墙两种类型。泄爆板幕墙在长时间使用过程中,易产生变形移位,造成漏风、渗雨,并且在发生爆炸时,泄爆板和型材一起震出引起二次伤害。而泄爆玻璃幕墙属于轻质脆性材料,遇爆炸时能够在极短时间内实现压力泄散,而且爆炸产物密度低、重量轻、无尖锐棱角,泄压时不易造成二次伤害。本文设计的玻璃幕墙通过泄爆螺栓来实现幕墙泄爆功能,通过对泄爆螺栓强度进行计算,优化施工工艺及材料,利用螺栓连接垫片断裂使结构失效,满足泄爆窗的开启要求,从而使爆炸产生的冲击波释放到建筑物外,减轻爆炸对厂房内破坏。玻璃幕墙质量对建筑物的安全性有着至关重要的作用,玻璃幕墙围护结构的施工过程主要包括幕墙结构设计、性能检测、制定施工方案及安装施工等内容,每个环节都对玻璃幕墙的施工过程具有重大的意义,因此本文基于实际工程施工对上述环节进行了研究和优化。本论文首先分析了工程的场地条件,对场地的气象气候、工程地质、水文地质条件等进行调研与勘查,确认现场环境能够满足泄爆玻璃幕墙工程施工条件后,对玻璃幕墙进行承受荷载、立柱与横梁尺寸的设计、玻璃的选用、连接件预埋件选择和玻璃幕墙伸缩紧固等进行了计算,并将理论计算结果和规范要求进行比较,确保各个部件的安全性满足规范的要求。其次,对泄爆玻璃幕墙试件进行了气密性检测、水密性检测和抗风压性能检测。试验样板气密性检测结果表明,可开启部分渗透量为1.86m/m·h,幕墙整体性渗透量为1.53m/m·h,幕墙整体与开启部分安全等级均属第2级;水密性检测幕墙固定部分安全等级属第2级,幕墙开启部分安全等级属第3级;幕墙抗风压性能属于第9级,在变形检测、反复加压检测、安全检测、工程检测结果均未发生破坏现象。测试结果表明拟用于施工的玻璃幕墙试件气密性、水密性和抗风压性质量合格,能够满足建筑泄爆要求。最后在设计完成后,对泄爆幕墙施工进行了整体部署,制定了相应的施工方案与施工进度计划,对工程测量方案、预埋件安装方案和框架玻璃幕墙的安装方案等进行详细施工规划,保证了高效的施工速度和工程质量。

关键词：玻璃幕墙泄爆幕墙结构设计泄爆螺栓

掘进巷道瓦斯爆炸传播规律及正向硐室泄爆研究

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掘进巷道瓦斯爆炸传播规律及正向硐室泄爆研究

作者：杨率辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

掘进工作面这种半封闭空间内发生的瓦斯爆炸,由于空间受限,爆温、爆压和爆速激增,造成的破坏作用和破坏程度远高于一般的瓦斯爆炸。为了研究掘进巷道瓦斯爆炸的传播规律以及降低爆炸对大巷的破坏作用,本论文在爆炸理论分析的基础上,利... 详细信息

掘进工作面这种半封闭空间内发生的瓦斯爆炸,由于空间受限,爆温、爆压和爆速激增,造成的破坏作用和破坏程度远高于一般的瓦斯爆炸。为了研究掘进巷道瓦斯爆炸的传播规律以及降低爆炸对大巷的破坏作用,本论文在爆炸理论分析的基础上,利用数值模拟的方法建立掘进巷道爆炸模型,在正向泄爆硐室以及泄爆墙的条件下研究掘进巷道以及大巷的超压传播规律,火焰温度规律,并将大巷各测点的超压、爆炸冲量、压力升高速率以及温度进行分析对比,以此为依据来研究不同泄爆情况下的泄爆效果。模拟结果表明,冲击波在传播过程中存在壁面的反射、掘进头处的反射以及冲破泄爆墙后在泄爆硐室内反射,多重反射叠加导致超压曲线出现了振荡现象,经过几次起伏之后,最终趋于稳定状态,且有泄爆硐室以及泄爆墙的超压曲线振荡次数更多。火焰温度先缓慢上升,当火焰阵面到达测点处,温度会突然升高,然后由于出口处的燃烧不均匀以及气体回流,后期温度曲线呈现出波动状态,火焰拐弯进入大巷以后,温度下降明显,说明巷道拐弯阻碍了火焰的传播。相较于没有泄爆硐室没有泄爆墙的情况,泄爆硐室的存在,使得大巷内各测点的超压降低幅度为10%,爆炸冲量降低幅度为8.5%,最大压力上升速率降低幅度为25%,说明泄爆硐室具有一定的泄爆效果;随着泄爆墙泄爆压力的降低泄爆效果越来越好,当泄爆墙的泄爆压力为50kPa时,泄爆效果最好,大巷内各测点的超压降低幅度为30%,爆炸冲量降低幅度为31%,最大压力上升速率降低幅度为38%。泄爆硐室以及不同泄爆压力的泄爆墙对瓦斯爆炸后巷道内各个测点的温度影响不大。

关键词：瓦斯爆炸泄爆传播规律掘进巷道数值模拟

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室内天然气拥塞泄爆规律及灾害定量评估

室内天然气拥塞泄爆规律及灾害定量评估

作者：金梦洁北京石油化工学院

学位级别：硕士

天然气作为一种洁净环保的优质能源,在生产生活中被广泛使用且需求量不断提升,而由此诱发的天然气爆炸事故也频频发生。建筑物的门窗、轻质墙体等结构通常会在气体爆炸过程中演变为约束泄爆结构,与爆炸流场相互作用,诱发室内流场湍流增... 详细信息

天然气作为一种洁净环保的优质能源,在生产生活中被广泛使用且需求量不断提升,而由此诱发的天然气爆炸事故也频频发生。建筑物的门窗、轻质墙体等结构通常会在气体爆炸过程中演变为约束泄爆结构,与爆炸流场相互作用,诱发室内流场湍流增大、压力升高等系列行为;同时,家具、家电等室内拥塞物同样与流体相互作用,促进火焰表面积增加、燃烧速率增强,甚至压力上升。在实际事故中,泄爆面与室内拥塞物相互作用,显著增加了室内爆炸流场和燃烧火焰传播的复杂性及爆炸超压的严重性。为系统揭示室内天然气拥塞泄爆规律,本文基于《住宅设计规范》(GB 50096)和《国家建筑标准设计图集-住宅厨房》(14J913-2)中的典型中国民用厨房特征,借助计算流体动力学技术研究了大尺度拥塞物与约束泄爆结构对天然气泄爆过程的协同作用机制,并建立了针对不同厨房布局的多因素条件下室内爆炸超压灾害定量评估方法,主要研究发现:(1)研究了约束泄爆面对拥塞泄爆效应的影响机制。探索典型大尺度拥塞条件下泄爆面积、开启压力等特征参数对室内湍流流场、火焰及超压的影响规律。研究发现随开启压力增加,湍流动能随之增大,火焰锋面更早与拥塞物接触而产生湍流燃烧。随泄爆面积增加,湍流动能和火焰传播速度均显著降低。总体上,民用厨房内气体爆炸最大峰值超压随开启压力的增加而增大,随泄爆面积的增大而减小。(2)研究了大尺度拥塞物对约束泄爆动力学过程的影响机制。研究发现密闭房间内湍流动能一直维持在较低的水平,约束泄爆房间内湍流动能随时间呈现先增大后减小的趋势。尽管靠近房间两侧壁面顺火焰传播方向布置的大尺度拥塞物对流场湍流影响较小,但泄爆面开启会在一定程度上增强拥塞物对流场湍流的影响,即泄爆面与拥塞物对室内湍流具有协同促进作用。同时发现室内大尺度拥塞物尺度增加诱发的体积拥塞率增大对泄爆过程具有显著影响。增加沿火焰传播方向布置的拥塞物尺寸会促使火焰传播模式的改变以及拥塞物截面突变,导致火焰传播速度增大并加速内部压力增长。体积拥塞率增加虽然导致内部以及泄放至室外的可燃气体量减小,但由此提高了室内火焰传播速度和射流火焰速度,进而增加了外部爆炸。(3)研究了多因素影响的室内爆炸灾害定量评估方法。通过对四种典型民用厨房布局和室内气体浓度对天然气拥塞泄爆效应影响的研究,发现房间布局对室内爆炸过程的影响较为明显,随室内天然气气体浓度的增加,室内湍流动能、气体流动速度、火焰燃烧率、火焰传播速度均先增大后减小。当气体浓度为10%时,室内流场湍流更强烈、火焰燃烧更剧烈、火焰传播速度也更快,进而可能造成更严重的爆炸灾害。同时分别建立了四种厨房布局的室内峰值超压随各影响因素的多变量函数关系,以实现不同布置类型厨房内爆炸超压灾害的快速准确评估。

关键词：气体爆炸天然气泄爆拥塞物灾害评估

氢气浓度及泄爆面积对氢气-空气泄爆影响的研究

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氢气浓度及泄爆面积对氢气-空气泄爆影响的研究

作者：唐泽斯福州大学

学位级别：硕士

氢能作为一种清洁高效的二次能源,是化石能源的理想代替品。但氢气最小点火能小、爆炸极限范围宽、燃烧速度快及爆炸压力上升速率快。在氢的生产、储运及使用过程中极易发生爆炸事故,所以氢气以“危险”著称。作为最有效的爆炸防护手段... 详细信息

氢能作为一种清洁高效的二次能源,是化石能源的理想代替品。但氢气最小点火能小、爆炸极限范围宽、燃烧速度快及爆炸压力上升速率快。在氢的生产、储运及使用过程中极易发生爆炸事故,所以氢气以“危险”著称。作为最有效的爆炸防护手段之一,爆炸压力泄放(泄爆)技术现已被广泛采用,其实质是在容器中预先设置薄弱环节,当容器中发生爆炸并达到预设的压力时,打开泄爆口以释放内容物,从而快速降低容器中的压力,保护人员财产安全的一种技术。本文主要以实验以及数值研究两种手段研究氢气浓度及泄爆面积对1m容器内氢气-空气混合气体泄爆的影响规律。实验部分主要由泄爆容器、配气系统、点火装置、高速摄像机以及压力采集系统构成。通过高速摄像机以及压力采集系统收集不同工况下泄爆过程中的内部压力以及火焰的发展过程。数值研究部分使用FLACS软件对实验研究的两种工况进行模拟仿真,对比分析实际数据与预测结果。此外,还基于BP及RBF神经网络,采用收集的包含课题组实验及其他学者实验研究的共124组数据,进行样本学习以及预测内部最大超压,并与实际实验以及传统经验公式计算结果进行对比分析。共得出以下主要结论:(1)泄爆面积对爆炸压力泄放有显著影响。泄爆过程中,容器内部可能出现5个压力峰值,其中四个压力峰值对泄爆面积不敏感,由于泄爆效率降低所形成的P随着泄爆面积的减小,快速增大。内部火焰发展过程中观察到明显的亥姆霍兹振荡以及由其引导的泰勒不稳定现象。当泄爆面积大于0.16 m时,泄爆效率较好,各压力峰值相对稳定,均低于20 k Pa。由亥姆霍兹振荡以及声学振荡主导的压力振荡的较低频率部分对泄爆面积不敏感,高频部分的频率随着泄爆面积的减小增大。随着泄爆面积的减小,外部火焰从火球状逐渐转变为射流火焰状,当泄爆面积减小至0.04 m时,外部射流火焰出现马赫盘现象。(2)改变混合气体浓度工况中发生了明显的外部爆炸现象,并且随着混合气体浓度的上升更加强烈。当混合气体浓度小于等于19%时,各压力峰值较小,均低于20 k Pa,泄爆效果较好;当混合气体浓度大于19%时,由于外部爆炸导致的最大超压明显增大,达到100 k Pa,因此需要一个更大的泄爆面积或其他措施减小泄爆时的内部超压。并且浓度较大时,在压力发展过程中,发现了由于强烈的外部爆炸导致的压力振荡,并且内部火焰出现明显的泰勒不稳定现象。(3)在验证传统经验公式的过程中发现,经过Fankandu等人修改的NFPA68经验公式能较好的预测不同泄爆面积下的内部最大超压;在不同浓度下,Molkov的最佳拟合公式在氢气浓度较低的情况下更加准确,而当量浓度及以上时,其保守拟合公式更加准确。(4)除了对存在猛烈的外部爆炸的富燃氢气泄爆过程表现出较高的吻合度,FLACS不能很好的模拟其他工况泄爆过程中的压力发展形态。但是FLACS对外部火焰的形态模拟较好,并且可以较好地预测不同泄爆面积以及当量及当量浓度以下的内部最大超压,具有一定的工程应用价值。(5)主成分分析法(PCA)对基于BP与RBF神经网络的泄爆最大超压预测起到了负面作用。改进的两类神经网络同时显示保留所有样本特征的情况下,预测性能最佳。改进的BP与RBF神经网络成功迭代了当前样本条件下最佳的拓扑结构以及spread值,且遗传算法(GA)对标准BP神经网络的初始权值阈值有良好的优化效果。基于已确定的参数,改进的BP及RBF神经网络对泄爆过程内部最大超压的预测达到了比以往经验公式更佳的性能。

关键词：泄爆泄爆面积氢气混合气体浓度 FLACS 人工神经网络

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泄爆导管长度对除尘器泄爆影响的模拟分析

工业安全与环保 2019年第4期45卷 59-62页

作者：陈晓坤王家祎程方明何春旭西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心西安710054

使用FLACS软件DESC模块,对连接不同长度泄爆导管的除尘器泄爆模型进行了模拟,研究泄爆过程中除尘器内部以及泄爆方向上的超压与高温变化规律。研究结果表明,泄爆导管内部要比除尘器内部先达到最大爆炸压力,但压力值却要小于除尘器内的超... 详细信息

使用FLACS软件DESC模块,对连接不同长度泄爆导管的除尘器泄爆模型进行了模拟,研究泄爆过程中除尘器内部以及泄爆方向上的超压与高温变化规律。研究结果表明,泄爆导管内部要比除尘器内部先达到最大爆炸压力,但压力值却要小于除尘器内的超压;在泄爆方向上,距泄爆口越远,导管内的爆炸压力也越小,且在泄爆导管末端压力下降的趋势明显加快;随着导管长度从1 m增加到6 m,除尘器与泄爆导管内部的最大爆炸压力也逐渐增大,在泄爆导管长6 m时,除尘器内部达到了81.8 kPa的最大爆炸压力;而对于不同长度的导管泄爆模型,泄爆导管内部都达到了2 000 K左右的高温,且导管越长,最大爆炸温度所能持续的时间也越长。

关键词：泄爆 FLACS 泄爆导管最大爆炸压力最高爆炸温度

侧泄爆口数量对受限空间内氢气甲烷爆炸特性的影响

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矿山工程 2024年第2期12卷 229-236页

作者：杨杰张好重庆科技大学安全工程学院重庆

为了减少受限空间内氢气甲烷爆炸的危害,采用实验的方法在方形管100 mm × 100 mm × 1000 mm中开展爆炸试验,借助高速摄像技术和压力采集技术,研究了侧泄爆口数量对掺氢甲烷爆炸特性影响。结果表明:当第一个泄爆口开设在距离点火源200... 详细信息

为了减少受限空间内氢气甲烷爆炸的危害,采用实验的方法在方形管100 mm × 100 mm × 1000 mm中开展爆炸试验,借助高速摄像技术和压力采集技术,研究了侧泄爆口数量对掺氢甲烷爆炸特性影响。结果表明:当第一个泄爆口开设在距离点火源200 mm时,随着泄爆口数量的增加,火焰在传播至第一个泄爆口的速度不受泄爆口数量的影响,火焰经过泄爆口后,火焰结构被破坏失去加速的基础。火焰在两个泄爆口之间时,在流场的作用下会略微加快火焰速度。但增加泄爆口的数量,下游的超压越来越小,但上游超压双口泄爆和三口泄爆的相差不大。

关键词：氢气甲烷泄爆超压

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转炉干法除尘系统泄爆分析及应对措施

黑龙江冶金 2014年第1期34卷 43-45页

作者：徐维利郝伟新西林钢铁集团有限公司黑龙江伊春153025

系统分析了电除尘器产生泄爆的原因,并结合生产归纳出避免泄爆的有效措施,降低了系统检修率,从而提高了生产效率。

关键词：转炉干法除尘泄爆生产效率

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控制转炉干法除尘泄爆的生产实践

鞍钢技术 2017年第5期 65-70页

作者：刘鹏飞王小善何海龙曹祥鲁亮季春伟王博蔚鞍钢股份有限公司炼钢总厂辽宁鞍山114021

鞍钢180 t转炉干法除尘工艺投入使用初期泄爆炉次较多,影响了转炉正常生产。分析了泄爆原因,通过采取实时跟踪相关工艺参数,调整废钢结构和供氧制度,根据烟气中氧气含量的降低速率逐步提高氧气流量等措施后,转炉干法除尘泄爆比例从4.86... 详细信息

鞍钢180 t转炉干法除尘工艺投入使用初期泄爆炉次较多,影响了转炉正常生产。分析了泄爆原因,通过采取实时跟踪相关工艺参数,调整废钢结构和供氧制度,根据烟气中氧气含量的降低速率逐步提高氧气流量等措施后,转炉干法除尘泄爆比例从4.86%降至0.19‰,实现了在转炉留渣比例达到70%的条件下,转炉干法除尘的稳定运行。

关键词：转炉干法除尘泄爆