承压容器内甲烷爆炸及泄爆特性研究

开展了中低压和高压工况下甲烷空气爆炸及泄爆试验,分析了爆炸及泄爆过程压力、压升速率等参数变化规律。结果表明,在低压工况下,甲烷体积分数达到12%时,不同初压下升压速率均不超过10 MPa/s。体积分数小于11%时,最大爆炸压力与体积分数近似呈二次函数的关系,大于11%时最大爆炸压力明显下降。在高压工况下,低体积分数的甲烷对于升压速率的影响更为显著,各个初压下升压速率基本相同。当采用直径100 mm反拱开槽爆破片进行泄爆时,在低升压速率工况下,反拱带槽爆破片在各个工况下均有较好的动态响应能力,在高升压速率工况下,爆破片的动态响应能力降低。分析了不同应变率下爆破片断口形态的变化,低升压速率工况下断口为韧性断裂,在高升压速率下断口向脆性断裂转变。

不同初始压力下可爆预混气体通过波纹板阻火器的淬熄特性研究

阻火器是一种应用广泛的爆炸阻隔装置。为了深入理解影响阻火器性能的因素,通过实验方法探究了不同初始压力下可爆预混气体通过波纹板阻火器的淬熄特性。结果表明,可燃气的活性、体积分数和初始压力均会影响火焰速度稳定性、传播模式以及淬熄难度。实验发现火焰传播具有3种模式:直接淬熄、穿过阻火单元后逐渐淬熄、淬熄失败。可淬熄的最大初始压力p_(lim)用以表征火焰淬熄难度,虽然其最小值位于化学计量比,但仍在一定体积分数范围内保持恒定。此外,基于传热作用得到密闭管道中丙烷-空气预混气爆燃阻火速度公式,并进行了实验验证。

不同角度分叉管道内氢气-空气爆轰传播特性

在3种角度分叉管道内开展化学计量比氢气-空气爆轰实验,采用自制的火焰传感器和烟迹法分别获得了爆轰波传播速度和胞格结构,探究了不同角度管道分叉对爆轰传播的影响。结果表明:氢气-空气爆轰在经过分叉三通时受分叉口稀疏波影响导致爆轰波衰减解耦,但随着入射激波与下游管道壁面碰撞,逐渐由规则反射向马赫反射转变,最终完成重起爆过程。其中,直通支管内爆轰衰减主要受支管入口面积的影响,随着分叉角度增大,入口面积减小,爆轰衰减程度和重起爆距离也随之减小;而分叉支管内,爆轰衰减受支管入口面积与入口渐扩程度共同影响,但随着分叉角度的增大,入口面积变为主要影响因素。不同角度分叉管内的实验结果均表明,初始压力升高能显著提高爆轰稳定性,从而削弱分叉几何结构的影响。

惰性气体对氢气/空气爆轰传播的抑制作用

常温常压条件下,在内径52 mm的不锈钢管道中开展了惰性气体对氢气/空气(H_(2)/air)爆轰的抑制实验研究,通过改变当量比(0.6、0.8、1.0、1.2、1.4)和惰性气体种类(CO_(2)、N_(2)、Ar)探讨了三种惰性气体对爆轰火焰速度的影响。结果表明,H_(2)/air爆轰通过可燃气与惰性气体分界面后,爆轰波发生解耦,火焰速度大幅度下降。整个速度下降过程分为快速下降、波动缓慢衰减、火焰消失三个阶段。三种惰性气体中CO_(2)的抑制效果最明显,其次是Ar和N_(2)。相较比热容差异影响,Ar和N_(2)的分子量差异在爆轰抑制中起到主导性作用。贫燃和富燃条件下爆轰在惰性介质中衰减程度均比化学计量比工况下明显,其中富燃条件下爆轰在惰性介质中的衰减更为明显。