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甲烷球罐爆炸传播过程的数值模拟研究

甲烷球罐爆炸传播过程的数值模拟研究

作者：宋晓婷华北科技学院

学位级别：硕士

据统计资料显示,2006-2015年十年内,我国共发生危险化学品重特大事故12起,事故一共导致174人死亡,每起事故的平均死亡人数约为14.5人。危险化学品事故危害大,波及范围广,对企业的安全管理产生重大的威胁,也对人民生命财产安全威胁甚广... 详细信息

据统计资料显示,2006-2015年十年内,我国共发生危险化学品重特大事故12起,事故一共导致174人死亡,每起事故的平均死亡人数约为14.5人。危险化学品事故危害大,波及范围广,对企业的安全管理产生重大的威胁,也对人民生命财产安全威胁甚广。综合危险化学品的事故过程可以总结得出,造成人身伤亡及重大财产损失的事故多源于火灾爆炸,并且多数事故是在罐体的储存和运输过程中发生的。在化工生产中,甲烷气体作为主要燃料气体之一,占据了危化品生产中很重要的一部分,因此,研究甲烷球形储罐的爆炸传播过程对于可燃气体的阻爆抑爆技术的发展有着非常重要的意义。本文运用FLACS软件,通过设置不同数量障碍物、不同口径泄漏口、不同点火点位置三种条件,模拟不同工况下甲烷球罐爆炸压力及速度的变化情况和火焰的传播规律。经过研究发现以下规律:1、球罐内圆柱形障碍物的存在会对爆炸火焰的传播产生激励效应,障碍物数量越多,则对火焰的拉伸过程越明显,球罐爆炸压力的峰值会随着圆柱体数量的增加而逐渐减小,但爆炸压力的上升速率会随着圆柱体数量的增加而增加。2、当球罐底部存在泄漏口时,会影响球罐内部最大爆炸压力和压力的上升速率,球罐内爆炸压力峰值随着泄漏口口径的不断扩大而减小。3、不同位置的点火点对甲烷球罐爆炸传播的影响为:在底部点火时产爆炸压力峰值最高、火焰拉伸情况最为明显、火焰传播速度最快,但同时,压力达到峰值所需要时间最长。同时,根据华北科技学院现有的实验平台以及中北大学新设计的的20L密闭型球形爆炸装置,按照1:50000的比例制作实验模型并进行甲烷球罐爆炸模拟实验,研究了球罐中轴线上底部到球心部分在不同的位置点火对甲烷球罐爆炸传播规律的影响。研究发现:运用FLACS软件模拟的结果与20L球罐进行实验的最终结果在反应时间、爆炸压力上升速率两组参数的变化规律上得到了一致的结论,但由于尺度效应的存在,实验研究结果和数值模拟结果仅在最大爆炸压力的变化规律一项参数上得出的结论略有偏差。

关键词：甲烷球罐爆炸传播 FLACS

柱状空间内不同浓度甲烷爆炸传播特性的实验研究

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柱状空间内不同浓度甲烷爆炸传播特性的实验研究

作者：陈昊驰华北科技学院

学位级别：硕士

随着国家工业现代化的快速推进,碳氢类可燃性气体作为清洁能源被普遍使用,这类重大危险源频繁地出现在生产、输运和存储过程中,经常因意外或人为原因泄漏,导致燃烧爆炸事故发生,事故数及经济损失逐年上升,严重威胁着物资储运、交通运输... 详细信息

随着国家工业现代化的快速推进,碳氢类可燃性气体作为清洁能源被普遍使用,这类重大危险源频繁地出现在生产、输运和存储过程中,经常因意外或人为原因泄漏,导致燃烧爆炸事故发生,事故数及经济损失逐年上升,严重威胁着物资储运、交通运输和工业生产的安全,而燃烧爆炸产生的火焰和压力波又容易破坏附近的工业装置和设备,造成更严重的安全事故。因此,本文侧重于在不同初始条件下甲烷的爆炸理论和特征的研究,为预防甲烷爆炸事故和应急救援等工作提供了重要的机理分析和技术支持。本文通过理论分析、数值模拟和实验研究的方法对在不同浓度、不同点火位置和不同初始压力下柱状空间内的甲烷爆炸传播规律进行系统深入的研究。根据中北大学设计的定容燃烧弹爆炸实验装置,利用Fluent软件按照1:1比例建立数值模拟模型,通过设置不同甲烷浓度的条件,模拟不同浓度下甲烷爆炸压力的传播规律。研究结果发现以下规律:爆炸压力峰值和爆炸压力上升速率峰值随甲烷浓度的变化呈现倒“V”型的二次函数关系,且在9.5%当量比浓度下爆炸压力峰值和压力上升速率峰值达到最大。在对甲烷爆炸的传播过程进行理论分析和数值模拟分析的基础上,运用定容燃烧弹爆炸实验装置进行实验,研究了不同浓度、不同点火位置和不同初始压力条件下柱状空间内甲烷爆炸传播规律的变化,分析实验结果得出以下结论:(1)甲烷浓度的高低直接影响到甲烷的爆炸传播过程。最大爆炸超压和压力上升速率峰值与甲烷浓度呈倒“V”型二次函数关系,爆炸压力峰值在10.5%浓度达到最大,压力上升速率峰值在9.5%浓度时最高。(2)在同一初始压力和甲烷浓度条件下,点火位置距离中心越近,甲烷爆炸压力上升速率越高,破坏力越大。(3)甲烷爆炸压力峰值和压力上升速率峰值随初始压力的增大成倍增加,呈线性上升趋势。随着初始压力的增大,点燃甲烷/空气混合气所需的能量越大。(4)甲烷爆炸经历三个阶段:爆炸压力上升阶段、爆炸压力高值区、爆炸压力衰减阶段。在压力衰减阶段,由于压力反射波的作用,压力传感器信号先下降到负值,然后缓慢回升至正常水平。(5)通过分析对比数值模拟结果和实验结果,验证了采用FLUENT软件模拟甲烷爆炸过程的可行性与合理性,定容燃烧弹爆炸实验结果的准确性和可靠性。

关键词：不同浓度甲烷柱状空间爆炸传播 Fluent

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突出掘进工作面瓦斯爆炸传播试验研究

河南工程学院学报（自然科学版） 2023年第1期35卷 17-20页

作者：杨书召张文勇河南工程学院资源与安全工程学院河南郑州451191

为揭示突出煤层掘进工作面瓦斯爆炸在进风侧防突反向风门和掘进回风巷道内的传播规律,利用管道爆炸装置系统测试预混瓦斯空气爆炸条件下,冲击波在H型掘进巷道全压回风系统复杂管道网络中的传播特性。结果表明:揭煤突出工作面涌出的不同... 详细信息

为揭示突出煤层掘进工作面瓦斯爆炸在进风侧防突反向风门和掘进回风巷道内的传播规律,利用管道爆炸装置系统测试预混瓦斯空气爆炸条件下,冲击波在H型掘进巷道全压回风系统复杂管道网络中的传播特性。结果表明:揭煤突出工作面涌出的不同浓度瓦斯与空气混合爆炸,其爆炸超压沿掘进直巷传播的超压峰值总大于回风巷超压值;突出掘进全压通风系统中,联络巷影响回风巷爆炸超压传播,远离工作面方向上的联络巷内爆炸超压值最小;防突风门会造成爆炸冲击波反射叠加,爆炸超压值陡增。对突出掘进全压通风系统发生瓦斯爆炸时爆炸超压对联络巷和风门作用的特性进行研究,可为突出矿井巷道揭煤避灾设计及灾变应急救援提供理论和技术支持。

关键词：瓦斯突出瓦斯爆炸爆炸传播掘进工作面

FLACS在受限空间可燃气体爆炸传播研究中的应用

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华北科技学院学报 2016年第3期13卷 7-11页

作者：徐景德李晖郝旭华北科技学院研究生处北京东燕郊101601

天然气爆炸严重危害社会稳定和市民的生命财产安全,管道内天然气爆炸特性的研究对企业的安全生产和社会稳定具有重要意义。本文基于受限空间可燃气体爆炸传播的特点和机理,系统介绍专业爆炸分析数值模拟软件FLACS的功能,并探讨其在球状... 详细信息

天然气爆炸严重危害社会稳定和市民的生命财产安全,管道内天然气爆炸特性的研究对企业的安全生产和社会稳定具有重要意义。本文基于受限空间可燃气体爆炸传播的特点和机理,系统介绍专业爆炸分析数值模拟软件FLACS的功能,并探讨其在球状、管状、罐状空间内可燃气体爆炸事故中的应用,总结FLACS软件的优势和发展前景,为天然气产业安全与发展提供了理论支持。

关键词： FLACS 受限空间可燃气体爆炸传播

煤矿井下巷道拐角效应及其对瓦斯爆炸传播的影响作用

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煤矿井下巷道拐角效应及其对瓦斯爆炸传播的影响作用

中国职业安全健康协会2009年学术年会

作者：林柏泉朱传杰中国矿业大学安全工程学院中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室

利用3个不同的爆炸管道(单个拐弯、U型管道和Z型管道)来研究拐角效应对爆炸传播的影响。爆炸前锋速度用火焰和压力传感器来测量。研究发现,在管道内充满瓦斯时,随着拐弯数量的增加,由于受湍流诱导作用的影响,爆炸强度明显加强,表现在火... 详细信息

利用3个不同的爆炸管道(单个拐弯、U型管道和Z型管道)来研究拐角效应对爆炸传播的影响。爆炸前锋速度用火焰和压力传感器来测量。研究发现,在管道内充满瓦斯时,随着拐弯数量的增加,由于受湍流诱导作用的影响,爆炸强度明显加强,表现在火焰传播速度S和爆炸压力△p的增大,拐角起到加强爆炸传播的作用。在主管段充满瓦斯,而弯管段未充注瓦斯时,与直管相比,S和△p的值明显降低,拐角起到削弱爆炸传播的作用。此外,U型管道和Z型管道对比实验表明,无论是火焰传播速度,还是爆炸压力,传播规律都相同,在数值上也非常接近,说明拐角方向对爆炸传播的影响作用是一致的。研究结果对抑制煤矿井下瓦斯爆炸具有重要的指导意义。

关键词：瓦斯爆炸拐角效应火焰传播速度最大爆炸压力爆炸传播

来源： cnki会议评论

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瓦斯煤尘共存的爆炸特性与传播研究

瓦斯煤尘共存的爆炸特性与传播研究

作者：宋广朋山东科技大学

学位级别：硕士

运用理论分析、实验研究相结合的手段研究了瓦斯煤尘共存的爆炸特性与传播规律,运用数值模拟研究了瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘的爆炸传播规律。主要工作及研究成果如下： 1)瓦斯对煤尘空气混合物爆炸特性的影响程度取决于瓦斯煤尘混合物... 详细信息

运用理论分析、实验研究相结合的手段研究了瓦斯煤尘共存的爆炸特性与传播规律,运用数值模拟研究了瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘的爆炸传播规律。主要工作及研究成果如下： 1)瓦斯对煤尘空气混合物爆炸特性的影响程度取决于瓦斯煤尘混合物中煤尘对氧的富有程度;运用热爆炸理论和链式反应理论阐述了煤尘爆炸的机理,通过分析认为,煤尘爆炸是发生在非均质系统中的热爆炸和链式反应的混合过程;对单颗粒煤尘进行受力分析,认为单颗粒煤尘在激波作用下主要受到三种力的影响,即Saffman升力、气动阻力,以及由于湍流作用而引起的附加“漂移力”。 2)加入瓦斯,对煤尘空气混合物爆炸特性的影响：煤尘空气混合物最低着火温度变化不大,煤尘最小点火能量有较大幅度的减小,煤尘的爆炸下限有较大幅度的减小,煤尘最大爆炸压力变化不大,煤尘最大爆炸压力上升速度有所增加;在有瓦斯存在的情况下,单一无爆炸性的煤尘能够参与爆炸。因此,只要有瓦斯存在,无煤尘爆炸危险性的矿井仍应加强对煤尘的管理。应用煤炭科学研究总院重庆研究院大型实验巷道进行了瓦斯煤尘共存的爆炸实验,分析实验数据得出：①在煤尘段的前端,爆炸压力峰值呈下降趋势;在煤尘段,压力峰值迅速上升并达到最大值。②瓦斯煤尘爆炸压力峰值的出现时间并不是随着传播距离和压力峰值的增加而依次后延,在铺有煤尘段压力峰值的呈现时间无规则性。③瓦斯煤尘火焰区的长度与煤尘区的长度存在一定的关系,且瓦斯爆炸过程中火焰区的增长长度要大于瓦斯煤尘爆炸。 3)运用Fluent数值模拟软件,对瓦斯爆炸诱导沉积煤尘扬起并参与爆炸进行了数值模拟,展现了煤尘扬起的过程。在点火的初始阶段：爆炸火焰以点火区域为中心向四周传播,火焰波偏向右端压力出口;在传播过程中,冲击波波阵面和火焰阵面以一定的传播速度向出口段传播,但冲击波波阵面明显快于火焰阵面,形成两波三区结构。本课题的研究对于如何有效地防治瓦斯煤尘爆炸事故的发生、控制瓦斯煤尘爆炸事故严重程度、指导事故调查具有一定的指导意义。

关键词：瓦斯煤尘共存爆炸特性爆炸传播实验研究数值模拟

惰气-细水雾气液两相流抑制煤尘/瓦斯爆炸实验研究

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惰气-细水雾气液两相流抑制煤尘/瓦斯爆炸实验研究

作者：谷恭天太原理工大学

学位级别：硕士

本文利用微机差热天平和气相色谱仪研究了碳酸钙、水、磷酸二氢铵等物理和化学抑制剂对煤尘燃烧的影响,分析煤尘在不同惰性介质下燃烧过程的差异。利用大尺度水平爆燃实验管道,研究煤尘/瓦斯爆炸传播规律,使用自行设计的气液两相流细水... 详细信息

本文利用微机差热天平和气相色谱仪研究了碳酸钙、水、磷酸二氢铵等物理和化学抑制剂对煤尘燃烧的影响,分析煤尘在不同惰性介质下燃烧过程的差异。利用大尺度水平爆燃实验管道,研究煤尘/瓦斯爆炸传播规律,使用自行设计的气液两相流细水雾发生装置,对煤尘/瓦斯爆炸进行抑制性能研究,对比不同细水雾对爆炸传播的影响。在细水雾的基础上,同时加入添加剂(Na HCO)和惰化气体(CO),使用惰气-添加剂-细水雾抑爆技术,探讨该技术对爆炸的影响规律。整个系统包括管道系统、细水雾发生系统、数据采集系统、高速摄影系统以及点火系统,可以实现煤尘/瓦斯爆炸火焰信号、压力信号的采集以及火焰传播图像的捕捉。首先研究了不同管道状况下煤尘-空气爆燃特性,对比分析了管道末端开口和封闭状况下火焰传播速度、距离、爆炸超压等特征参数,研究发现封闭管道中反射压力波对煤尘爆炸影响较大。与开放空间相比,由于煤尘自身的不活跃性,封闭空间中火焰传播距离缩短,但爆炸超压增加。采用两种不同点火能量在封闭管道中研究了反射压力波对煤尘爆炸的影响,结果表明,增大点火能量能够显著增强爆炸压力,反射压力波促使火焰反向传播,增大煤尘浓度使煤尘在管道中震荡幅度增加。其次研究了单流体细水雾、空气-气液两相流细水雾以及CO-气液两相流细水雾对煤尘-空气爆燃特性的影响,由于气液两相流细水雾能够显著降低煤尘云在空气中的悬浮时间,采用细水雾进行抑制后,整体爆燃特征均有不同程度下降,火焰传播速度最大降幅为40%,传播距离从22m缩短至16m。最后研究了煤尘-瓦斯-空气爆燃特性,在其传播过程中添加不同工况的细水雾,对比分析其抑爆效率,同时利用高速摄像机所拍摄画面分析不同工况下火焰传播特征,结果表明,采用CO气液两相流细水雾的工况的抑爆效果显著优于其余两种。

关键词：煤尘/瓦斯爆炸抑爆技术细水雾爆炸传播