含CO_2天然气的可燃极限与燃爆压力

采用改进的Hartmann管作为测试主体测试了室温常压下含CO2天然气的可燃极限和燃爆压力,得到了含CO2天然气在三角坐标系下的可燃性图表和燃爆压力的变化规律。研究表明:与纯天然气相比,含CO2天然气可燃范围缩小,燃爆威力降低;当泄漏天然气与air的混合物中CO2的体积分数超过13.86%时,混合气体将失去燃爆性;处于燃爆范围的CH4/air/CO23组分混合气体,燃爆压力随CO2与CH4体积分数比的增大而减小。

基于WOA-BRANN的可燃气体预混燃爆试验结果预测方法

针对置障条件下可燃气体预混燃爆试验操作难度大、成本高和有效试验数据难以获取的问题,提出一种基于鲸群算法优化下的人工神经网络(Whale Optimization Algorithm Bayesian-Regularization Artificial Neural Network, WOA-BRANN)模型对试验结果进行预测,以试验获取的火焰速度和最大燃爆压力数据作为特征样本数据进行训练和测试。在较少试验数据的情况下,模型开发前需结合试验结果的机理分析并观察数据分布,将机理差异较大工况下的80%的数据划入训练集,以提高模型预测的准确性。结合敏感性分析实现模型隐含层神经元的最优配置,采用决定系数(R-Square,R2)评价指标评估模型预测性能,并建立响应面模型(Reflective Shadow Maps, RSM)和误差反向传播(Error Back Propagation, BP)模型进行对比验证。结果表明:最优结构下的贝叶斯正则化人工神经网络(Bayesian-Regularization Artificial Neural Network, BRANN)模型相比BP模型的火焰速度和压力预测数据R2值均提高了15%,相比RSM模型火焰速度和压力预测数据分别提高了34%和29%;BRANN模型相比RSM模型和BP模型的R2值震荡幅度至少降低50%,模型鲁棒性更好,验证BRANN模型在较少数据驱动情况下的适用性。针对预测结果存在的问题,在原有BRANN模型基础上做出改进,采用鲸群优化算法(Whale Optimization Algorithm, WOA)对BRANN模型的学习率进行优化,进一步提高模型的预测精度和鲁棒性。WOA-BRANN模型试验结果预测方法可为预混气体燃爆机理研究提供大量可靠试验预测结果,降低试验成本。

不同初始压力下100%SOC 18650锂离子电池燃爆实验研究

为深入揭示民航运输过程中锂离子电池热失控引发燃爆的致灾机理,基于受限空间压力容器设计并搭建了锂离子电池燃爆多参量实验系统,在96和61kPa的不同初始压力条件下,电加热触发荷电量(state of charge,SOC)为100%的18650型锂离子电池发生燃爆,记录与分析燃爆压力、燃爆响应温度及燃爆释放气体浓度等参数变化规律。结果表明:初始环境压力与电池数量对锂离子电池燃爆灾害规律具有关键影响,96kPa条件下,锂离子电池燃爆剧烈,释放能量高;61kPa条件下,锂离子电池燃爆时间较长,燃爆响应温度较高,且初始低压条件下锂离子电池燃爆需O2量高,产生更多CO2与CO。

管状容器气体燃爆泄放过程的数值模拟

工业过程中管状容器气体爆炸事故时有发生,严重威胁着过程工业的安全生产。为预防这类事故,通常会在容器上安装泄压装置,这就要求对该类容器进行防爆泄压设计。对管状容器气体爆炸泄放过程进行分析,特别是容器内压力发展特性的分析是进行防爆泄压设计的关键。为此,首先分析了管状容器内气体爆炸泄放过程,根据其燃爆发展规律建立了描述整个泄爆过程的物理模型。从能量守恒方程和质量守恒方程出发,结合气体状态方程、绝热压缩方程和气体泄放速率方程建立了泄爆过程的数学模型,利用四阶龙格—库塔方法对该过程进行了数值模拟,得到了不同时刻燃爆压力、压力上升速率、火焰位置和火焰传播速度。另外还讨论了泄压面积和泄爆压力对泄爆过程的影响,对于该类容器的防爆泄压设计具有指导意义。

球形密闭容器内氢气浓度对混合气体燃爆特性的影响

为了研究不同体积分数的氢气-空气混合气体的燃爆压力及压力上升速率,采用20 L球形容器进行实验研究,并利用Fluent软件基于Navier-Stokes方程组以及k-ε湍流模型进行数值模拟研究。通过数值模拟研究氢气燃爆过程中的压力变化、温度分布及火焰传播过程,得到的模拟结果和实验结果基本吻合。结果表明,随着氢气体积分数的增加,最大燃爆压力呈现先增大后减小的趋势,在氢气体积分数为30%时达到最大,为0.761 5 MPa;升压速率最快,为0.299 2 MPa。数值模拟获得了燃爆过程不同时刻的可燃气体组分质量浓度分布、压力场、温度场和气流速度矢量,为实际应用中防爆、抑爆提供了理论依据。

热源功率对100%荷电量锂离子电池燃爆特性的影响

为了研究民航运输过程中锂离子电池燃爆机理,设计并搭建了锂离子电池燃爆试验平台。在96 kPa和61 kPa初始环境压力下,用不同热源功率触发密闭燃爆罐体中荷电量为100%的18650型锂离子电池,进行燃爆试验,记录燃爆过程池体温度、燃爆压力及气体体积分数等特征参数。研究结果表明:外部热源功率对锂离子电池热失控引发的燃爆灾害具有重要影响,锂离子电池燃爆过程中燃爆响应温度随热源功率的升高而降低,燃爆压力随热源功率的升高而升高。燃爆过程中的耗氧量、二氧化碳及一氧化碳的产生量也随热源功率的升高而增加。与96 kPa环境压力相比,锂离子电池在61 kPa初始环境压力下燃爆过程的耗氧量、二氧化碳产生量和一氧化碳产生量更多。

建筑燃爆破坏的影响与防治

燃爆是一种多发的灾害,对社会经济、人民生命财产造成极大的损失,主要介绍了燃爆的现象与机理,燃爆对建筑结构的影响,建筑结构的抗燃爆措施,燃爆峰值压力的计算等核心内容,旨在与同行分享对燃爆方面的一些研究,为燃爆灾害的防治提供一些可资借鉴的观点和方法。

蜂窝铝对连通容器气体抑爆性能试验研究

为探求抑制连通容器内预混气体爆炸的方法,选取蜂窝状铝合金作为抑爆材料,对连通容器内气体密闭爆炸与泄爆进行试验研究。考虑管道内是否填充抑爆材料的情况,考察不同条件下连通容器内气体密闭爆炸及泄爆的压力变化规律。结果表明:加入抑爆材料后,不论连通容器密闭爆炸还是泄爆,2球容器的爆炸强度均低于无抑爆材料的情况;特别是传爆容器,相比于无抑爆材料的情况,其压力峰值分别下降84.4%和99.9%。

管道障碍物对连通容器内气体爆炸的影响

对管道内存在障碍物时的连通容器气体爆炸进行研究,与管道内没有障碍物时的情况进行对比,考察管道内障碍物的位置和内径对连通容器压力变化的影响,分析不同条件下连通容器内气体爆炸的压力变化规律。结果表明:管道内障碍物加速了连通容器内气体反应的进行,且随着管道障碍物内径的变大,传爆容器的燃爆压力峰值先变大后变小;改变障碍物的位置,障碍物离起爆容器越近,传爆容器越早到达燃爆压力峰值。传爆容器内气体爆炸产生的压力波在管道内经过障碍物时,压力波有一定程度的削弱。障碍物在连通容器爆炸过程中起的主要作用:增加气体扰动,增强湍流强度,从而加速反应;阻碍压力波传播,削弱压力波强度。