大型球形密闭容器内可燃气体爆炸过程的数值模拟

在石油、化工、矿业等行业中 ,密闭容器内可燃气体爆炸的事故屡屡发生 ,造成了巨大的经济损失和人员伤亡。有效地预测爆炸超压 ,研究可燃气体爆炸成灾模式及其防治技术具有重要的社会意义和经济意义。为此 ,从流体力学和化学反应动力学方程出发 ,建立了数学模型 ,采用SIMPLE算法 ,对大型球形密闭容器内可燃气体爆炸过程进行了数值模拟 ,获得了不同时刻爆燃的速度场、密度场、浓度场、温度场 ,为工程上防爆、抑爆、泄爆提供了理论基础和数据。

20L近球形密闭罐内可燃气体流动和火焰传播的数值模拟

采用流体动力学计算软件-FLUENT数值模拟20 L近球形密闭罐进气流场,并分析进气位置、进气速度对进气流场的影响。结果表明:进气流速越大,密闭容器内的压强和气体湍流强度越大;当进气口直径与容器高度比值较小时,罐内压强、速度、湍流强度的最大值都位于进气口的轴线上,轴线左右两边的气体在不同时刻呈相同或相近的流态。模拟了可燃气体爆炸后火焰在罐内的传播过程,得到火焰以点火源为中心,以褶皱球形面向四周扩张,最后对模拟监测的压力值和实验压力传感器采集到的压力值进行比较。直观再现了20 L近球形密闭罐进气时气体扰动状况和近球形密闭罐中心点火的火焰传播过程。

点火位置对甲烷/空气预混爆炸特性影响的数值模拟研究

密闭容器内预混气体爆炸非常复杂,为研究点火位置对甲烷/空气预混气体爆炸特性的影响,在初始压力为101 kPa和初始温度为300 K的环境下,开展1 m^(3)密闭球形爆炸容器中10 vol%甲烷浓度的中心点火爆炸实验,并使用Fluent数值模拟软件,采用LES湍流模型和Zimont燃烧模型,研究不同点火位置(中心点火、0.5R点火、R点火)对容器内甲烷/空气预混气体爆炸特性的影响,包括火焰结构演化、爆炸温度、爆炸压力、爆炸压力上升速率。结果表明:(1)在中心、0.5R和R处点火时,火焰分别向四周膨胀直至容器壁面、轮廓由最初的“左薄右厚”逐渐转变为“左侧凸起的尖角”和在壁面处从“圆弧形”逐渐拉伸转变成“尖形”向左侧发展;(2)不同点火位置下温度场存在温度梯度,升温规律均由点火中心能量持续向外释放,温度不断积聚升高;(3)不同点火位置下爆炸压力变化趋势基本一致,由于壁面绝热,最终最大爆炸压力均稳定在766 kPa左右;(4)中心点火时最大爆炸压力上升速率最大,较0.5R点火和R处点火分别增大了94.5%和141.8%。

球形密闭容器中煤粉爆炸特性参数研究

为了探明煤粉在密闭空间中的爆炸特性参数,研究了2种煤粉在20L球形密闭容器中的爆炸机理和规律,探讨了不同点火具质量对煤粉爆炸的影响,并对煤粉进行了抑爆研究.结果表明:煤粉爆炸压力随着点火具质量的增加而增加;在点火具质量相同的条件下,2种煤粉的爆炸压力均随着浓度的增加呈现先上升后下降的趋势,高挥发份含量的煤粉最大爆炸压力较低挥发份的大.煤粉-9%甲烷空气混合物比煤粉-空气混合物的爆炸猛烈程度更强,添加SiO2和NH4H2PO4能够降低煤粉的爆炸压力,相对SiO2的物理抑爆而言,NH4H2PO4的物理-化学混合抑爆效果更佳.