圆柱形爆炸容器内爆炸载荷的分布规律

为了分析圆柱形爆炸容器内爆炸载荷的分布规律,利用LS-DYNA软件对爆炸容器的内爆轰场进行了数值模拟研究,并探讨了圆筒高径比(H/D)、端盖短轴与长轴比(a/b)以及端盖形式对端盖处爆炸载荷的影响。结果表明,冲击波会在端盖壁面上形成二次冲击波和二次马赫反射波,使得端盖中心点的压力远大于爆心环面上的压力。随着H/D的增加,端盖中心点的超压峰值和比冲量会越来越大,当H/D=1.5时达到最大;随着a/b的增加,端盖对冲击波的汇聚效应更加明显,导致端盖中心的超压峰值和比冲量显著增大;对于平板封头的圆柱形爆炸容器而言,高径比H/D的增加有利于减小端盖处的反射超压和比冲量,但是拐角点会成为新的危险点。

圆柱形爆炸容器的内壁爆炸载荷

爆炸容器内壁所受爆炸载荷的确定是容器动态响应特征研究、容器结构设计及安全评估的基础。对自行研制的组合式圆柱形爆炸容器开展了系列内爆加载试验,测量了容器内壁几个典型位置所受爆炸载荷,并利用ANSYS/LS-DYNA软件对容器内爆载荷的形成和传播全过程进行了数值模拟。通过对试验结果进行分析,获得了容器内壁所受爆炸载荷的特征及其分布规律,并拟合出容器圆柱形壳体部分所受载荷首脉冲的峰值压力、正压作用时间和比冲量经验计算公式、容器内部准静态压力经验计算公式。通过对数值模拟结果进行分析,阐明了容器内壁所受爆炸载荷特征和分布规律的形成机理。研究结果表明,椭球端盖内壁产生的马赫反射波在端盖极点汇聚,使得极点所受载荷峰值压力及单次脉冲比冲量峰值总是所有测点中最大的,峰值压力最高可达圆柱壳所受最大压力的2.79倍,应予以足够重视。

圆柱形爆炸容器的应变增长现象

为了研究爆炸容器的抗爆机理与特性,在圆柱形爆炸容器内进行爆炸冲击实验,测试了爆炸容器内壁面反射超压和外壳动态应变。实验发现,圆柱形爆炸容器的爆心环面外壳不存在应变增长现象,其他测点位置出现了明显的应变增长,应变增长系数可以达到2. 45.根据薄壳理论对圆柱壳进行振动模态研究,分析了圆柱形爆炸容器出现应变增长的原因,结果表明焊缝等结构的存在激励了与容器呼吸振动相近频率的振动,导致应变增长。

初始压力和富氧系数对CH_(4)/O_(2)/N_(2)预混气体爆炸特性的影响

为了探究甲烷CH_(4)在富氧和非常压条件下的爆炸危险性,确保CH_(4)气体在不同工况下的安全使用,借助5 L圆柱形爆炸装置,研究了初始压力p_(0)和富氧系数E对CH_(4)/O_(2)/N_(2)爆炸特性的影响。包括最大爆炸压力p_(max)、最大压力上升速率(d p/d t)max和最大压力到达时间t_(c)等衡量CH_(4)爆炸安全性的指标。结果表明:当E为0.21、0.25和0.30时,p_(max)随p_(0)的增加始终线性上升;而当E为0.35和0.40时,p_(max)随p_(0)的增加先缓慢线性上升、后快速线性上升;(d p/d t)max随p_(0)的增加分为线性上升和一阶指数快速上升。在E为0.21和0.25时,t_(c)随p_(0)的增加而线性增大,因为在燃烧初始阶段CH_(4)活化自由基的销毁速率增加,降低了反应速率和燃速,引起预混气体t_(c)的延长;但随着E的增加,氧气的促进作用与自由基销毁的抑制作用形成新的竞争效应,使得t_(c)先增加、后下降。