基于头峰的多步分解反应过程热失控特征参数计算方法研究

目前微通道反应器在含能材料合成领域广泛应用,极大提高了合成过程的安全性,但是仍然需要关注物料的热稳定性。绝热条件下最大反应速率到达时间(TMR_(ad))与TMR_(ad)为24 h所对应的引发温度(T_(D24))是两个表征危险化学品及含能材料热分解危险性的重要特征参数,这两个参数的传统计算方法为单步N级法和数值计算法,存在分析过程费时费力的缺点。为此,根据差示扫描量热仪动态升温测试曲线,提出了基于头峰(即多峰曲线分峰后的第一个峰)的热分解失控特征参数计算方法,采用穷举法比较了该方法与模型计算法的T_(D24)偏差,进行了数值模拟验证,并基于文献实验计算了1,8-二硝基蒽醌、改性硝基胍(M-NQ)、1,5-二硝基蒽醌和3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)4种物质的热失控特征参数。数值模拟结果表明,对于两步和三步连续反应,T_(D24)的最大偏差百分比分别为2.88%和6.9%,最大偏差为6.41℃;对于三步连续反应,T_(D24)最大偏差为5.39℃。结果表明,4种含能材料的T_(D24)计算偏差分别为-4.55,0.71,3.16℃和-0.84℃,与模型计算法得到的T_(D24)相比,偏差百分比的绝对值均小于2%,证实了T_(D24)计算方法的有效性,计算T_(D24)时偏差较小,计算简便,能够较为准确地获得其热分解失控特征参数。

液氨泄漏事故危险性的定量分析研究

针对山东莘县某化肥有限公司的一个储量为20m^3的液氨储罐向一储量为18.2m^3的液氨槽车充装液氨时,由于车载金属软管发生爆裂,引起液氨泄漏的一起事故,用液体经小孔泄漏的源模式计算了液氨泄漏的质量流量,再通过高斯扩散模式定量计算氨气在大气中的扩散情况,结果显示在风速为3.0m·s^(-1),大气条件为中性时,下风向的扩散距离达到73.1m。若当时大气条件稳定,下风向的毒害范围将达到200.7m,该范围内人吸入氨气5～10min将会致死。

云爆药剂爆炸超压测试及威力评价

借助压力测试系统,在自由场及地面布置压力传感器,分别测量了熔铸TNT、一次云爆药剂和二次云爆药剂在自由场和地面的爆炸场冲击波超压,经分析处理后拟合得到适用于3种炸药的自由场和空中爆炸超压发展公式,并计算云爆药剂的TNT当量。实验结果表明:实验选用的二次云爆药剂的自由场和地面平均TNT当量相比一次云爆药剂分别提高了60%和69%,说明二次云爆药剂比一次云爆药剂具有更大的超压作用效果;3种药剂的自由场超压峰值都比地面小10%左右,说明地面的反射效应依旧存在,在实际超压威力评估时应采用一定的修正系数。实验结果可丰富云爆药剂和传统炸药的小当量实验对比数据,为云爆药剂爆炸场参数的研究和威力评估提供参考。

内部爆炸载荷作用下容器动力响应的数值模拟

运用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力学有限元程序,采用流固耦合算法,对平板封头圆柱形爆炸容器(长径比1∶1)在内部爆炸载荷作用下的动力响应进行了数值模拟;研究容器壳体和平板封头典型位置的内部爆炸载荷和等效应力的历史;分别给出壳体和平板封头的应力云图;分析对比壳体和封头不同位置应力响应。数值模拟结果为爆炸容器的经验设计和防护提供了科学依据。

密闭空间内不同炸药爆源的能量输出结构及与目标作用研究

对钝化黑索今(RDX)、含铝炸药(RDX/Al)、一次引爆型燃料空气炸药(SEFAE)在爆炸容器和爆炸水池中爆炸波的能量输出结构进行了实验研究。用TVD格式数值模拟了带平板封头爆炸容器的内部爆炸载荷的分布规律。并对在不同爆炸载荷作用下,容器典型位置的应变进行了测量。结果表明:(1)密闭空间内,RDX/Al(90/10)和SEFAE体系具有后燃效应;(2)在本实验条件下,平板封头与罐体结合处的载荷最大;(3)SEFAE产生的爆炸载荷对容器的作用最小,钝化RDX和RDX/Al(90/10)两者相当。3种炸药产生应变的频谱相似,强度略有差别;(4)在本实验的条件下,爆炸载荷的结构不是应变增长的主要原因。

爆炸容器内部爆炸的数值模拟和实验研究

运用二阶精度TVD差分格式对平板封头型爆炸容器(长径比为1∶1)在内部爆炸载荷作用下的爆炸流场进行了数值模拟,得到内部流场的规律.数值模拟表明,在筒体和封头的结合处会形成三波汇聚的现象,压力急剧增加,正压作用时间变长.实验研究爆炸容器内壁面在不同药量TNT作用下的爆炸载荷大小,拟合得到超压TNT基准方程,探讨了在爆炸容器内实现对含铝炸药威力评价的方法.含铝炸药RDX/Al在比例距离1.77处的超压TNT当量平均值为1.22.

不同炸药水下能量输出特性的实验研究

对梯恩梯(TNT)、钝化黑索今(RDX)、含铝炸药(RDX/Al)、一次引爆型燃料空气炸药(SEFAE)等不同类型的炸药在爆炸水池中的能量输出结构进行了实验研究。结果表明:非理想炸药SEFAE、RDX/A l的水下冲击波衰减慢于理想炸药TNT、RDX,而且冲击波能、气泡脉动周期和气泡能高于TNT和RDX。铝粉的加入使非理想炸药的能量输出特性不同于理想炸药,其原因主要是A l的二次反应效应。

不同炸药的爆炸载荷对目标靶板作用的数值模拟

为研究爆炸载荷结构与目标响应的关系,对钝化RDX和含铝炸药DHL进行了静爆试验,获得了作用在目标靶板上的超压、冲量的实测数据,并与TNT静爆试验结果进行了对比。以实测RDX和DHL的超压曲线作为初始参数,通过数值模拟研究了目标靶板在不同爆炸载荷作用下的动力学响应。结果表明,在钝化RDX和DHL爆炸载荷的作用下,目标板中心处的初始等效应力、位移几乎相同;目标板初期的动力学响应与爆炸载荷的强度有关,载荷越强目标的应力越大;而目标板的主体响应是由载荷强度和冲量共同影响的。

膨化硝铵炸药粉尘爆炸性的初步实验研究

膨化硝铵炸药是一种常见的工业炸药，该文通过20L爆炸球对其粉尘爆炸的危险性进行了试验研究，并和玉米淀粉粉尘进行了比较。研究结果表明，膨化硝铵炸药发生粉尘爆炸的可能性很小，在50～1100g／m^3的浓度范围均未发生粉尘爆炸；玉米淀粉有着粉尘爆炸的危险。所得结果为它们的生产及使用安全提供了必要的参考。

本科安全管理课程教学实验与探讨

随着科学技术的发展和现代工业化的进程，安全科学越来越得到重视。从20世纪80年代开始，国内高等院校在矿业安全的基础上陆续开设了面向工业生产各行业的本科安全工程、安全技术及工程或安全科学技术专业。尽管不同学校安全专业名称略有差别，

天然气输送管道泄漏事故危害定量分析

针对某市天然气利用工程中高压输送管道可能发生的天然气泄漏的危险性进行分析 ,求出了其最大的泄漏流量。通过高斯扩散模式定量计算在大气为中性条件下 ,天然气在大气中的轴向、径向和切向的扩散距离 ,从而计算出该天然气 -空气混合云团的体积。对该体积预混云团的火灾危害进行评估 ,计算形成火球的参数 ,用热辐射剂量准则计算其伤害半径。对该预混云团可能产生的爆轰后果 ,采用超压准则计算其对人员和建筑物的伤害半径。

煤粉尘爆炸过程中火焰的传播特性

为了揭示煤粉尘爆炸过程中火焰传播特征,采用2种不同质量分数挥发分的煤粉在半封闭竖直燃烧管中进行实验。分别使用高速摄影装置和红外热成像装置记录火焰传播过程和空间的温度分布情况,并分析2种煤粉尘云的火焰传播速度和温度曲线。结果表明:在同等条件下,火焰在挥发分质量分数高的煤粉尘云中的传播速度和火焰温度要高于其在挥发分质量分数较低的煤粉尘云中的。煤粉尘云的体积质量和点火能量也影响着火焰的传播过程,随着煤粉尘云体积质量的增大,火焰的传播速度和火焰温度整体上呈现先增大后减小的趋势,在传播的后半段火焰速度出现震荡现象;随着点火能量的增大,火焰在煤粉尘云中的传播速度和最高温度也相应升高。通过大量的实验数据计算得到特定条件下火焰传播速度和温度的经验公式。

冲击波在有机玻璃中衰减特性的数值模拟与实验研究

为了研究《国家军用标准—炸药试验方法—卡片式隔板法》(国军标)条件下冲击波在有机玻璃中的衰减特性,对其传播规律和衰减特性进行了数值模拟研究。采用显示有限元程序AUTODYN,并利用理论计算及锰铜压力计测试方法验证了数值模拟的可靠性。结果表明:通过实验测得的国军标条件下冲击波在有机玻璃中的衰减规律为p=17.0e-0.0537x,数值模拟结果与实验结果基本吻合,能够准确预测冲击波在有机玻璃中的衰减规律。利用数值模拟方法分析讨论了冲击波压力在隔板中的衰减特性。研究发现:随着隔板长度的增加侧向稀疏波的影响将会越来越显著。

不同升温速率下复合药柱烤燃实验与数值模拟研究

为了研究不同升温速率下复合炸药JO-9159/JB-9014烤燃实验的热反应规律,建立了复合炸药的烤燃模型,利用有限元程序LS-DYNA3D对不同结构的复合药柱在烤燃过程中的热响应情况进行了数值模拟,并利用实验进行了验证,结果显示模拟结果可信。利用已建立的模型对5K/h、3K/min和10K/min等3种不同升温速率下复合药柱烤燃过程进行了数值模拟,结果表明:升温速率和装药结构的不同对复合药柱的点火时间和位置有较大影响,随着升温速率的增大,点火时间变短,点火位置由药柱的中心处逐渐移至药柱的两端边缘,升温速率较小时,复合药柱的热安定性取决于内部高能炸药的特性,升温速率较大时,复合药柱的热安定性与单一钝感药柱性能近似。因此,只有在较大的升温速率下,钝感炸药内部嵌入高能炸药才能既提高整体药柱的威力,又保证其具有较好的热安定性。

CL-20基炸药水中爆炸气泡脉动实验研究

为研究CL-20基炸药、CL-20基含铝炸药水下爆炸气泡脉动情况,在2m×2m×2m的实验水箱中开展小当量实验,采用高速摄影技术,得到炸药水中爆炸冲击波传播曲线,同时清晰地观测到气泡的产生、膨胀和收缩过程。拟合得到气泡脉动过程中气泡半径、速度、加速度对时间的变化曲线,对比分析了CL-20含铝与非含铝炸药水下爆炸气泡脉动规律。在实验条件下,首次直观地拍摄到CL-20含铝炸药水下爆炸的二次反应放热现象。实验表明:CL-20基含铝炸药的气泡半径、脉动周期都明显升高,半径增大13.7%,周期增大6.9%;冲击波峰值压力略有下降;水下爆炸测试技术以及高速摄影技术是研究观测含铝炸药二次反应的有效手段。

CL-20基含铝炸药水下爆炸实验研究与数值模拟(英文)

为了研究含铝粉与不含铝粉的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‐20)基高聚物粘结炸药(PBXs)的水下爆炸过程,制备了含铝量分别为0和15%的两种炸药,设计了一个水下爆炸实验装置,得到了炸药的冲击波压力历程、气泡周期和气泡脉动图。计算了两种炸药的冲击波能量、气泡能量和水下爆炸总能量。采用AUTODYN软件模拟了水下爆炸过程。结果表明,当铝含量从0增大到15%时,水下爆炸总能量由1.4倍TNT当量增加到1.7倍TNT当量。气泡脉动过程中,时间从49.5 ms到49.8 ms时,含铝炸药气泡内产生火光。含铝炸药与非含铝炸药超压分别为15.16 MPa与15.51 MPa,气泡二次压力分别为2.25 MPa与2.35 MPa,气泡周期分别为50.20 ms与46.76 ms,气泡最大半径分别为67.87 cm与60.27 cm;仿真得到含铝炸药与非含铝炸药参数超压分别为14.90 MPa与15.14 MPa,气泡二次压力分别为2.16 MPa与2.27 MPa,气泡周期分别为49.32 ms与45.90 ms,气泡最大半径分别为66.32 cm与58.89 cm。实验与仿真结果吻合良好。

安全工程专业实验教学体系的改革

构建了新的实验教学平台,不断深化实验教学体系、教学内容和教学方法改革,探索出一条在安全工程专业课程实验教学中,全面提高学生的综合素质和培养学生的动手能力的有效途径。

烟花爆竹烟火药剂危险性评价方法

为预防涉及烟花爆竹用烟火药剂的事故,应当在大规模制造、使用、储存之前,初步评估其危险性。在大量文献调研和专家建议基础上,选取机械感度(撞击和摩擦)和热感度作为烟火药安全性的最主要的指标。基于危险度的定义,用摩擦感度、撞击感度和热感度表征可能性,用最大放热量原则计算的放热量表征严重度,提出一种简便的,对烟花爆竹用烟火药剂的危险性进行评价的方法。运用此种方法得到的几种药剂的危险性等级比较符合实际情况。

五氯硫酚锌盐粉尘爆炸下限浓度的实验研究

五氯硫酚锌盐的一些基本的危险性参数,如燃烧爆炸性能,目前国内外报道极少。笔者采用野外定性燃烧试验、哈特曼管实验及20 L球实验,对该物质粉尘爆炸的危险性进行研究。结果表明,该物质具有燃烧爆炸危险性,但与细小片状铝粉(燃爆危险性很强烈)相比,其粉尘的燃爆危险性很弱。以硅系点火具作为点火源,在20 L爆炸球中测试获得该粉尘爆炸下限浓度约为213 g/m3。根据ISO-6184及VD I-3673等标准,认为该粉尘的爆炸猛烈度为1级。所得结果为该物质的生产及使用安全提供了重要的参考。

复合装药结构隔板实验与数值模拟

为得到钝感炸药(IHE)和高能炸药(HE)复合装药结构对冲击波感度的响应情况,对不同结构的复合装药进行隔板实验,得到了其冲击波感度与药柱高度比值的一阶指数关系。利用显式有限元程序对复合装药结构进行隔板实验的数值模拟,计算结果与实验结果吻合。通过数值模拟计算并比较了铝、有机玻璃、钢隔板和未反应JB-9014炸药的爆轰反应边界值。