20L球型爆炸装置气液输送管段结构的优化设计

以20 L球型爆炸装置中的气液输送管段为研究对象,结合数值模拟方法,分析了气液输送管段中气液两相流的流型结构和截面含气率特性,基于此对气液输送管段的曲率半径和水平管段长度进行优化设计。结果表明:在0.6 MPa压力下,C_(6)H_(14)、C_(7)H_(16)、C_(8)H_(18)和C_(10)H_(22)均可以形成稳定的环状流;随着压力升高,C6H14和C7H16的流型结构有趋于不稳定的趋势。在0.6~0.9 MPa压力下,当气液输送管段曲率半径为34 mm、管段长度在200~300 mm之间时,大部分液相呈膜状沿管壁运动,且液膜分布较均匀;气相在管段中心处高速流过,具有良好的气芯,形成的环状流流型结构更稳定。对气液输送管段的优化设计可使爆炸特性的测量更精确,也可为研究可燃液体燃料爆炸问题及工程设计提供参考。

基于20L球形装置的镁粉爆炸压力特性

为研究镁粉爆炸最大压力与最大压力上升速率特性参数变化规律,使用20 L球形粉尘爆炸试验装置进行试验分析.研究结果表明:镁粉粒径为6μm时,爆炸最大压力为1 MPa,最大压力上升速率为425.17 MPa·s-1.镁粉粒径达到173μm时,镁粉爆炸最大压力降低到了0.46 MPa,相应的最大压力上升速率降低为9.28 MPa·s-1.镁粉爆炸最大压力和最大压力上升速率随粒径增大都呈现出减小的趋势.预计粒径大于173μm时,镁粉可能失去爆炸性.镁粉粒径在47μm到75μm区间减小对爆炸最大压力上升速率影响作用很大.随着初始温度从15℃逐渐升高到35℃,镁粉爆炸最大压力数据从0.56MPa升高到0.91MPa,而最大压力上升速率数据从10.78MPa·s-1升高到67.75 MPa·s-1,表明初始温度对爆炸特性参数具有显著影响.

20L球内铝粉分散特性研究

为深入研究铝粉分散特性对粉尘爆炸超压的影响,首先通过20 L球爆炸装置进行了不同点火延时的铝粉爆炸实验,然后通过三维计算流体力学方法对20 L球内铝粉的分散特性进行了数值模拟研究。结果表明:1)当铝粉浓度为400 g·m^(-3),点火延时为80 ms时,测得的爆炸超压达到最大值0.94 MPa;2)喷粉过程中20 L球内不同位置的气流速度也有所差别,但随着时间的变化都呈现出先增大后减小的趋势,气流平均速度在阀门打开后5 ms时达到最大值102 m·s^(-1)。以上研究结果对预防铝粉粉尘爆炸事故具有重要的参考价值。

特殊气体条件下气体、粉尘、液雾爆炸参数试验装置的研发

以GB/T 16426—1996为依据,设计了一款功能强大的爆炸试验装置,可以满足特殊气体条件下气体、粉尘、液雾爆炸参数试验。

20L球型罐内不同粒径铝粉扩散的数值模拟

20L球型爆炸罐是用于测试粉尘爆炸特性参数的标准装置之一。粉尘颗粒在密闭空间内的运动规律,对于研究粉尘的最佳点火延迟时间段有重要的作用。基于计算流体力学理论,对20L球型罐内的吹粉过程进行了数值模拟,监测了不同粒径的铝粉颗粒在20L球型罐内的分散情况,对比了不同铝粉颗粒粒径在罐内的沉降时间。结果表明:粉尘沉降的时间段随粉尘粒径的增大而减小,颗粒大小超过一定尺寸时,铝粉将不能在密闭空间内均匀扩散。

铝粉抑爆剂适用性能评估研究

工业应用中铝粉抑爆剂除需关注其安全抑爆效果之外,还需考虑环境影响等副作用。建立了包括环境毒理影响、后处理难度、前处理难度、安全抑爆效果和运行成本的铝粉抑爆剂适用性能评估模型,基于20L爆炸球试验测试数据,对碳酸钙、碳酸氢钠、磷酸二氢铵3种典型铝粉抑爆剂的综合适用性能进行了评估与分析。结果表明:碳酸钙的环境毒理影响较小,抑爆剂的后处理难度最小,运行成本最低,获得难度指标值略高于碳酸氢钠和磷酸二氢铵;磷酸二氢铵的安全抑爆效果最优;综合考虑3种铝粉抑爆剂的适用性能指标,可以得出在工业生产中铝粉抑爆剂磷酸二氢铵的适用性能高于碳酸钙和碳酸氢钠。该评估模型提供了铝粉抑爆剂适用性能比较量化的依据,结合实际工程参数调整模型可推广到其他涉粉行业抑爆剂的评估与选取。

纳米Fe_(2)O_(3)对温压炸药中铝粉爆炸特性的影响

为提高温压炸药配方的威力,根据铝热反应的基本原理,在温压炸药固相组分中添加纳米Fe_(2)O_(3),探究通过诱导铝热反应的方式来提高炸药威力的新途径。利用20 L柱形爆炸容器在10 kJ点火能量下研究了不同质量比的微米或纳米铝粉与纳米Fe_(2)O_(3)组成的混合体系的爆炸特性。研究发现,随着纳米Fe_(2)O_(3)含量的增大,Al/Fe_(2)O_(3)混合体系的最大爆炸压力和升压速率呈现先增大、后减小的趋势。当纳米Fe_(2)O_(3)质量分数为5.4%时,混合体系的最大爆炸压力最大。随后,在此配比下开展了混合体系粉尘浓度对爆炸特性的影响规律研究。结果表明,随着粉尘浓度的增加,最大爆炸压力先增加、后降低,在质量浓度为400 g/m 3时达到峰值。结合理论分析认为,纳米Fe_(2)O_(3)的加入能够改善温压炸药固相体系的反应活性,且对铝粉的爆炸剧烈程度有促进和抑制的双面作用。

基于多孔环形喷嘴的可燃爆粉尘分散特征的密度效应研究

为了研究不同密度的可燃爆粉尘在内置多孔环形喷嘴的20 L爆炸特性测试装置中的分散特征,基于负载粒子流方法、耦合DPM动量平衡方程和时间平均Navier-Stokes控制方程组,实现3种不同密度的煤粉、铝粉和锆粉在20 L爆炸测试装置中粉尘分散全过程的数值模拟。研究结果表明:多孔环形喷嘴的分散较为均匀,但是约束管道末端存在局部粉尘残留区,致使爆炸仓内真实粉尘浓度远低于形式浓度;爆炸仓中心位置的最大湍动能随着粉尘密度的增加而减小,只有显著地变化粉尘密度才能展示区分度较高的浓度峰值和抵达浓度峰值的时间。