电场分布对球形传播火焰变形率的影响

针对电场作用下球形传播火焰的变形问题,利用Maxwell 14.0软件分别对点状、环状、直径为20mm和60mm的网状等4种电极产生的电场进行了模拟,同时在常温、常压下,定容燃烧弹中过量空气系数为1.2时,通过对这4种结构的电极施加负电压(-5kV和-10kV)对甲烷/空气预混火焰在不同方向(与水平方向夹角为0°、15°、30°、45°、60°和70°)上的火焰变形率进行了研究。结果显示:施加负电压时,环状电极下的火焰在不同方向上的平均变形率最小,点状电极的次之,直径为20mm网状电极比点状电极的稍大;直径为60mm网状电极下施加-5kV电压时,火焰在不同方向上的平均变形率与点状电极的差别不大,施加-10kV电压时,火焰在大于45°方向上的平均火焰变形率最大。由此表明,环状电极的电场分布有利于火焰的均匀发展,可以降低火焰淬熄的可能性。

不同频率高频交流电对球形传播火焰的影响

为研究不同频率高频交流电场对预混稀燃火焰的影响,对常温、常压下定容燃烧弹中过量空气系数为1.6时的甲烷/空气火焰的传播和燃烧特性进行了研究.结果表明:高频交流电场作用下,火焰均在水平方向被拉伸,当加载交流电压有效值一定时,交流电频率越高,火焰在水平方向的拉伸越剧烈.与未加载电压相比,当交流电压有效值u=5kV,交流电频率f为5、7.5、10、12.5和15kHz时,平均火焰传播速度分别提高43.10%、53.45%、63.79%、74.14%和84.48%,相对燃烧压力增大率的最大值分别为0.15、0.21、0.27、0.36和0.50.由此得出,高频交流电场对火焰燃烧有一定的促进作用,且交流电频率越高,促进作用越明显.

立体障碍物对瓦斯火焰传播规律的影响研究

为研究立体障碍物对管道瓦斯燃烧特性影响,改变阻塞比(0%、30%、40%、50%、60%、70%、80%和90%),通过高速摄影和压力传感器记录管道瓦斯火焰传播过程和火焰峰面压力-时程曲线,探究不同阻塞比管道瓦斯火焰传播规律。研究结果表明,管道火焰传播速度和锋面超压整体上随着传播距离增加而增大;火焰传播速度和锋面压力均随着阻塞比增加先增大再减少。

气流输运工况玉米淀粉爆炸火焰传播与压力特性实验研究

利用自主搭建的2 m长气流输运管道实验装置开展了不同气流速度下玉米淀粉爆炸实验,通过高速摄影和压力传感器获得火焰信息和压力参数。基于实验结果分析了气流输运工况气流速度对玉米淀粉爆炸火焰传播行为和爆炸特性的影响规律。结果表明:随着气流速度的增加,粉尘爆炸火焰亮度、火焰传播速度及最大爆炸压力呈先增大后减小的趋势,存在火焰呈螺旋状向管道末端传播的现象。气流速度从5 m/s升至10 m/s,火焰最大传播速度从74.07 m/s增加到89.51 m/s,最大爆炸压力由17.08 kPa增至23.42 kPa。气流速度提高到15 m/s时,火焰最大传播速度和爆炸压力均有所下降,质量浓度为300 g/m3时受影响最大,爆炸压力降低41%,500 g/m3时受影响最小,爆炸压力下降7.4%。

竖直管道内三种粉体抑爆剂对聚乙烯燃爆火焰传播的影响

研究粉体抑爆剂抑制聚乙烯粉尘爆炸火焰传播特性对工业粉尘爆炸防治具有重要意义。基于此,利用自主搭建的爆炸火焰抑制管道实验系统开展了质量浓度1000 g/m^(3)聚乙烯粉及其与不同占比ABC粉、MPP粉和MCA粉的混合爆炸研究,并利用同步热分析对粉体抑爆剂影响聚乙烯粉的热解过程进行了探究。结果表明:三种抑爆剂的抑制效果中ABC粉最佳,当ABC粉占比为10%,MCA和MPP的占比为15%时火焰可以传播,继续添加抑爆剂粉则不会发生爆炸。当混合体系中分别加入20%的ABC、MCA和MPP时,聚乙烯粉的初始分解温度由约286℃分别降低至约267、271、270℃,说明粉体抑爆剂会与聚乙烯竞争体系热量用于自身分解,从而通过物理化学作用对爆炸起到抑制效果。研究结果对粉尘爆炸火焰传播研究和聚乙烯粉尘爆炸灾害的防控具有一定的指导作用。

半封闭空间内氢化镁粉尘爆炸火焰的传播特性

在自行搭建的5 L粉尘爆炸火焰传播特性实验装置中,实验研究了半封闭空间内氢化镁(MgH_(2))粉尘爆炸火焰的传播特性。实验结果表明:随MgH_(2)粉尘浓度的提高,MgH_(2)粉尘爆炸火焰由点火至稳定传播所用时间先缩短后延长以及预热区宽度先减小后增大,火焰亮度、锋面平滑度、及火焰传播速度呈先提高后降低的趋势,并在质量浓度为800 g/m^(3)时呈最佳燃烧状态。不同浓度的MgH_(2)粉尘爆炸火焰传播瞬时速度整体呈波动趋势,波动幅度随浓度的提高而先减小后增大,800 g/m^(3)时波动幅度最小,瞬时传播速度变化趋势随浓度的变化呈现不同的变化趋势。最后,根据MgH_(2)爆炸产物的XRD测试结果,分析MgH_(2)粉尘爆炸反应机理,发现MgH_(2)粉尘爆炸是以MgH_(2)燃烧反应为主并伴随有MgH_(2)和Mg(OH)2分解以及Mg和H_(2)氧化等多个总包反应的复杂过程,爆炸反应的最终产物为MgO。

合成气/CO_(2)火焰传播过程中辐射再吸收的影响

针对生物质制取合成气燃料制备和应用过程中CO_(2)掺混的影响,对合成气/空气/CO_(2)预混火焰中开展数值模拟,通过不同的辐射模型研究辐射再吸收对火焰传播速度的影响。结果表明,辐射再吸收提高了火焰传播速度,最大提升幅度可达11.15%。随当量比增加,辐射再吸收对火焰传播速度的提升幅度从11.15%减小至3.12%,受预热导致的化学效应控制。H自由基在贫燃工况占据主导地位,辐射再吸收通过反应H+O_(2)==O+OH影响火焰传播速度;而富燃工况下,与OH自由基相关的反应H+OH+M=H_(2)O+M是辐射再吸收影响火焰传播速度的主导反应。

不同管径内瓦斯爆炸压力与火焰波传播实验研究

为减少低浓度瓦斯输送过程中输送管道爆炸事故,利用公称直径分别为700、500、200 mm的钢制爆炸实验管道,实验研究了管道中瓦斯爆炸压力及火焰波的传播规律。结果表明:爆炸传播过程中最大爆炸压力随长径比变化曲线呈波动上升趋势,管径变化会改变压力峰值出现的时间空间位置,700、500、200 mm管道最大爆炸压力分别出现在长径比115、103、103处,分别为0.59、0.28、0.09 MPa。管道直径越大,最大爆炸压力越大。火焰传播速度随长径比变化曲线起伏波动,整体呈上升趋势,通过分析可将火焰传播过程分为自由传播、反弹加速、稳定加速3个阶段,700、500、200 mm管道最大火焰传播速度分别出现在长径比83、108、96处,分别为846、943、250 m/s。实验中700、500 mm管道出现爆燃转爆轰现象,火焰速度可达800 m/s以上,管径越大爆燃转爆轰过程越早。研究结果可为工程实践中瓦斯管道输送和利用的安全防护提供有力支撑。

工业弯管泄爆口位置对火焰传播的影响分析

为研究弯管泄爆对管内气体爆炸的影响,基于实验研究和数值模拟分析管道泄爆后爆炸火焰及温度的变化规律。结果表明:实验条件下,封闭管道弯管处监测点P4火焰温度峰值为1780.29 K,泄爆后该点火焰温度峰值增幅为7.58%,泄爆后弯管区域火焰温度升高。不同泄爆口位置工况下监测点最高火焰温度为2122.53K,比封闭管道火焰温度峰值高19.22%,火焰阵面、前驱波流动及高温分布主要受泄爆口排放、诱导作用及泄爆口内外压差的影响。随泄爆口位置和点火点之间距离的增加,内径0.125m弯管处最高火焰温度先减后增,呈正弦函数(SineSqr);随泄爆口位置的弯度加大,泄爆口处的火焰温度升高;泄爆口位于4.753m时,泄爆口处的火焰温度最低,对管道周围设施的危害影响最小。研究结果为工业弯管泄爆口的选择和泄爆火焰防范提供了科学参考。

掺氢比例对金属丝网阻抑掺氢甲烷燃烧火焰传播的影响

为进一步揭示金属丝网阻抑掺氢甲烷燃烧火焰传播特征的规律,通过实验研究了掺氢比例对不同孔隙密度金属丝网阻火过程的影响。结果表明:随着掺氢比例的增加,金属丝网的阻火难度加大,金属丝网的阻火效果可由成功转为失败,对火焰传播的影响作用可能从抑制转变为促进;当金属丝网阻火失败时,金属丝网会引起火焰褶皱并导致火焰加速,但郁金香形火焰的首现时间有所延迟;随着掺氢比例的增大,火焰穿过金属丝网后的加速现象更为明显;提高金属丝网孔隙密度可提高金属丝网对掺氢甲烷预混火焰的阻火能力,孔隙密度越大,阻火能力越强;60 mpi以上金属丝网能够有效淬熄掺氢甲烷预混火焰。

金属丝网位置对氢气/甲烷/空气火焰传播特性的影响

为研究管道内不同位置金属丝网对氢气/甲烷/空气预混火焰传播的影响,在半封闭管道中研究了金属丝网位置对其阻火效果的影响以及阻火失效后火焰传播特性的变化。结果表明,位置会影响金属丝网对预混火焰的阻火效果,金属丝网距点火位置越近,阻火效果越好。当火焰未被淬熄时,金属丝网距点火位置越远,对火焰传播的促进作用越小。当金属丝网距点火位置较远时,与无金属丝网工况相比,火焰传播时间和“I”形火焰存在时长显著增加,郁金香火焰首现时间也延迟,呈现出一定的抑制作用。此外,随着金属丝网距点火位置距离的增加,火焰振荡的周期和振幅明显降低,火焰不稳定性减弱。

微细通道内火焰传播及淬熄过程研究

为研究阻火器阻火单元微细通道内火焰传播与淬熄的过程,基于Fluent建立了平板狭缝通道内火焰传播的数值模型。将仿真结果与之前的实验值进行了对比,发现仿真结果与实验值的误差最大值仅为6.5%,数值计算模型准确性及仿真结果可靠度均较高。提取火焰在微细通道内的温度变化数据可知,微细通道内火焰逐渐拉伸,最终形成“尖状”,同时传播速度呈先增大后减小的趋势。分析OH自由基的浓度分布情况可知,OH自由基的浓度分布也呈先增大后减小的趋势。其次分析火焰的淬熄过程可知,入口火焰速度、孔隙高度均是影响淬熄长度的重要因素,但温度变化对淬熄长度的影响程度较低。

垃圾焚烧飞灰对瓦斯爆炸压力及火焰传播的抑制作用及机理研究

通过自主搭建的可视化甲烷爆炸实验平台,在甲烷气体浓度为8%(富氧)、9.5%(当量)、12%(贫氧)的条件下,研究了不同质量的垃圾焚烧飞灰(FA)粉体对甲烷爆炸压力、火焰传播速度及火焰传播形态的影响。采用XRD分析、粒径分析、扫描电镜和热重分析对FA的成分、粒径、表面微观结构和热稳定性进行了分析,并结合物性表征分析了FA的抑爆机理。结果表明,FA对不同浓度甲烷爆炸均有较好的抑爆效果。本实验中,FA对于8%、9.5%、12%浓度甲烷最佳抑制的喷粉量分别为360、360、400 mg。FA粉体的加入,阻碍了甲烷爆炸火焰的发展传播,打乱了火焰形态,火焰强度明显减弱。FA的粒径较小,微观结构多孔,具有较大的比表面积和孔隙率,且具有较高的吸热性,其总质量损失为37.07%。FA粉体具有物理、化学双重抑爆性。

惰性气体参数对瓦斯爆燃火焰传播抑制效果的研究

在自主搭建的中尺度爆炸管道上,构建超高速激光纹影测试系统,探究不同喷射位置和压力下N2和CO_(2)抑制瓦斯/空气预混气体爆燃火焰传播特性。结果表明:在惰性气体抑制瓦斯/空气预混气体爆燃实验中,随着喷射压力的逐步增强,火焰传播速度呈现出先增大后减小的趋势,火焰形态也由指尖状逐渐拉伸变形,中部突出部分变小直至呈现近平面状;近点火端喷射CO_(2)时比远离点火端喷射的最高火焰传播速度降低20.79%,喷射N2时降低20.25%,近点火端喷射CO_(2)比远点火端的最低火焰速度低9.68%,喷射N2时降低12.86%;对比2种阻燃抑爆气体,近点火端喷射CO_(2)比喷射N2的最高火焰传播速度低21.78%,最低速度比N2低1.82%;远点火端喷射CO_(2)时的最高火焰速度比N2低21.25%,最低火焰速度比N2低5.27%。

改性膨润土材料抑制PMMA粉尘爆炸火焰传播效果研究

为改善我国涉粉行业的安全现状,降低粉尘爆炸的危险性,笔者成功改性了一种膨润土材料并在自行搭建的粉尘爆炸火焰传播装置中,成功验证了不同粒径和质量浓度的改性膨润土材料对200g/m^(3)、500目PMMA粉尘爆炸火焰传播的抑制效果,并分析了其抑爆机理。试验结果表明:改性膨润土材料具有一定的抑爆性能,且抑制效果随着改性膨润土材料粒径减小和质量浓度增加而增强,不同浓度大粒径改性膨润土材料对PMMA粉尘的最大爆炸火焰传播速度抑制率分别为2.81%、15.47%、21.38%、63.57%;不同浓度小粒径改性膨润土材料的最大爆炸火焰传播速度抑制率分别为25.73%、26.16%、56.68%、31.50%.

管道侧向泄爆火焰传播的数值模拟研究

为研究侧向导管对管道内甲烷爆炸特性的影响,利用数值模拟建立管道模型,通过改变侧向导管的位置、长径比和数量,观察火焰和压力的变化过程,总结出侧向导管对管道内甲烷爆炸影响的规律。研究结果表明:随着侧向导管逐渐远离点火端,压力峰值由22.4 kPa上升到25.2 kPa,相较于无侧向工况,泄放效率由20%下降到10%,泄爆效果逐渐减弱;随着侧向导管长径比的降低,压力峰值由24.3 kPa下降到20.7 kPa,相较于无侧向工况,泄放效率由13.2%上升到26.1%,泄爆效果逐渐增强;随着侧向导管数量的增多,压力峰值由22.4 kPa下降到17.6 kPa,相较于无侧向工况,泄放效率由13.2%上升到26.1%,泄爆效果逐渐增强。

植酸-胞嘧啶对DL-蛋氨酸粉尘爆燃火焰抑制特性研究

饲料及其添加剂粉尘具有较高的燃烧热,在生产过程中存在一定的爆燃风险,威胁生命财产安全,预混抑制剂是目前应用最为广泛的一种抑爆手段,但传统抑制剂不可食用,无法加入至饲料类粉尘实现抑爆。因此,以饲料主要添加剂DL-蛋氨酸(DLM)粉尘为研究对象,采用自主合成的营养价值高、绿色可食用生物质基植酸-胞嘧啶(PA-CY),研究了PA-CY对DLM粉尘爆燃火焰传播特性的影响,通过高速摄影和可视化竖直管道记录爆燃火焰传播过程并计算火焰速度,采用热电偶监测火焰温度变化。结果表明:随PA-CY质量分数的升高DLM爆燃火焰亮度持续下降,严重破坏了火焰结构,加入20%PA-CY后火焰峰值速度、平均速度和峰值温度由27.66 m/s、14.39 m/s、1014℃分别下降至13.83 m/s、6.88 m/s、540℃,下降比重达50.0%、52.2%和46.7%,且PA-CY质量分数达30%后粉尘无法被点燃,说明PA-CY抑制效果显著。此结果可为饲料类粉尘爆燃的防治提供理论支持。

单相发汗冷却对脉冲爆震燃烧传播的影响

作为一种先进推进系统,脉冲爆震发动机热端部件的热载荷随着工作频率和飞行马赫数的提高而大幅增加。发汗冷却具有很高的冷却效率和更低的冷却剂消耗,使其成为脉冲爆震发动机燃烧室壁面冷却的理想方案。开展发汗冷却与爆震燃烧耦合研究,是爆震发动机发汗冷却设计的理论基础。为了探索发汗冷却的固体和流体结构对爆震燃烧的影响规律,本文采用实验方法,研究了不同多孔介质结构和单相发汗冷却对充分发展爆震燃烧传播过程的影响。结果表明,爆震波在多孔介质壁面上传播时发生减速,但不会引起爆震波解耦。单相发汗冷却引发爆震燃烧失效的主要原因是冷却剂的稀释作用使得局部当量比低于燃料的可爆极限。当冷却剂注入率超过12.5%时,爆震燃烧解耦。

密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸传播特性

为了探究密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的传播特性,在自主研制的瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸试验系统内,从爆炸压力、火焰以及压力-火焰的耦合关系等方面,研究了不同瓦斯体积分数及煤尘质量浓度下瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的爆炸压力传播特性及火焰传播特性,并利用Fluent数值模拟软件分析了煤尘的卷扬分散特征。结果表明:密闭管道内瓦斯体积分数为10%时的最大爆炸压力整体高于瓦斯体积分数为12%和8%时的最大爆炸压力。当瓦斯体积分数为10%,煤尘质量浓度为250 g/m^(3)时,最大爆炸压力传播规律表现为在瓦斯段先升后降再升,到达煤尘段后持续上升;随着煤尘质量浓度的增加,在瓦斯段则表现为先升后降,在煤尘段依旧持续上升。当瓦斯体积分数为8%和12%时,最大爆炸压力随煤尘质量浓度增加呈上升趋势,而瓦斯体积分数为10%时则呈现下降趋势。密闭管道内火焰锋面到达时间与传播距离呈正相关,瓦斯体积分数为10%时火焰锋面到达各测点的时间短于瓦斯体积分数为12%和8%的传播时间。火焰传播速度随传播距离呈先增大后减小的趋势,当瓦斯体积分数为10%时,火焰传播速度最快。密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的爆炸压力-时间曲线会出现2次峰值。第1次峰值是由瓦斯爆炸的前驱冲击波产生,当火焰传播至煤尘段后,压力同时开始上升,且压力峰值时刻和火焰峰值时刻耦合,达到第2次压力峰值,随着火焰信号的消失,压力逐渐减小直至反应停止。密闭管道内前驱冲击波与反射波使得煤尘卷扬分散,形成“漩涡状”煤尘云,促进煤粉与爆燃波接触。当煤尘质量浓度一定时,体积分数为10%瓦斯的卷扬程度优于体积分数12%和8%瓦斯;当瓦斯体积分数一定时,煤尘卷扬程度随煤尘质量浓度的增加而递减。

MgH_(2)粉尘火焰传播过程与热辐射特性

为了探究MgH_(2)粉尘爆炸火焰传播过程及其热辐射特性,采用改进后的哈特曼管装置对其进行点火实验,通过高速摄像机、热辐射仪和红外热成像仪同步记录MgH_(2)粉尘的火焰传播、热辐射通量和温度场变化过程。结果表明,点火后MgH_(2)火焰持续增长形成连续的燃烧区域,达到最大值后开始衰减并出现离散状火焰;粉尘质量浓度在150~1000g/m^(3)范围内,火焰前锋阵面的最大传播高度和最大传播速度随着质量浓度的增大呈现出先增大后减小的规律,均在750g/m^(3)时最大,分别达到1138mm和45m/s;热辐射通量随着粉类质量浓度的增加逐渐增大,在火球正上方的3号热辐射通量最大值达到31.7kW/m2,远高于火球两侧的1号和2号热辐射通量;火焰中心区域温度最高,向四周逐渐降低,高温区集中在火焰上部。