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。

球形连通容器预混气体爆炸研究

采用试验和数值模拟相结合的方法,对球形连通容器内甲烷-空气预混气体爆炸过程中不同点火位置的爆炸压力、流场变化和火焰传播行为进行分析。试验和数值分析表明:传爆容器在湍流和喷射火焰的作用下将发生剧烈的二次爆炸,特别是当传爆容器为小容器时爆炸压力高、危险性更大;传爆容器爆炸产生的反流增加了起爆容器的湍流程度,导致起爆容器爆炸压力的进一步增加。

内置障碍物连通容器内气体爆炸的火焰传播

利用数值模拟方法,建立连通容器气体爆炸模型,模拟内置障碍物条件下的火焰传播过程。分析障碍物不同阻塞率、位置对连通容器气体爆炸的火焰传播、爆炸压力和强度的影响情况。结果表明:当火焰经过障碍物时,障碍物加速了火焰传播,但不同障碍物条件对整个火焰传播过程的影响有差异。

连通容器中不同连通管径爆炸数值模拟分析

连通容器爆炸,连通管道在火焰传播和湍流加速中起着重要作用。通过对球形连通容器中不同连通管径爆炸进行数值模拟,分析不同管径对连通容器爆炸压力和流场的影响。研究表明,连通容器在不同连通管道内径下,最大爆炸压力基本一致,但在一定范围内,管径越小,容器的压力上升速率越高,火焰传播速度越快,连通容器的压力振荡越剧烈;传爆容器爆炸产生的反流对起爆容器压力的增加越明显;当管径增加到一定值时,连通容器间的压力变化趋于一致。

球形连通容器内可燃气体爆炸过程的数值模拟

为研究连通容器内气体爆炸规律,采用流体力学软件Fluent对球形连通容器内预混气体爆炸过程进行模拟,分析了不同管道长度和传爆方向条件下连通容器内压力和中心轴线上的速度变化。结果表明:随连接管长增加,连通容器内压力峰值更高,连通容器在压力稳定阶段保持的压力更小;较之小容器中心点火、大容器中心点火连通容器内压力迅速上升期及达到压力峰值的时间更迟,连通容器内的压力峰值更高,不同传爆方向时,传爆容器内的压力都先于起爆容器达到一个极值;火焰进入传爆容器后,轴线速度得到极大提高,最大值出现在管道内靠近传爆容器的接合处,可燃气体基本燃烧完时,连通容器轴线速度随连接管长增加下降更慢。

柱形连通容器内预混气体爆炸过程的火焰传播模拟

为研究连通容器内气体爆炸规律,采用Fluent(经典流体动力学软件)对柱形连通容器内预混气体爆炸过程进行模拟,模拟了不同点火位置和火焰传播方向条件下连通容器内火焰传播过程和压力变化,并分析了连通容器内不同时刻的速度场。结果表明:火焰面在传播过程中并非完全对称,当火焰到达传爆容器后,湍流燃烧剧烈,火焰不规则变形显著;端面点火后在传爆容器内产生的压力峰值和压力波动比中心点火时更大;当起爆容器为大容器时,传爆容器内气体预压缩程度更大,压力峰值更高。

管道容器连通系统内气体爆炸影响因素的数值分析

采用数值模拟方法,通过对小型连通容器爆炸过程的分析,系统研究了管道和容器连通的系统内可燃介质发生爆炸时着火点位置和容器的几何尺寸对系统爆炸强度的影响,模拟结果与已有的实验结果基本一致。该研究结果可为大型连通容器系统安全防爆设计提供参考。

连通容器预混气体泄爆研究

采用实验和数值模拟相结合的方法,对球形连通容器内甲烷-空气预混气体爆炸泄放过程中爆炸压力、流场变化和火焰传播行为进行分析。研究表明:与单容器泄爆相比,连通容器泄爆时容器中压力变化更加剧烈;当小容器作为传爆容器时泄爆压力峰值更高,压力上升速率更快,不能用单容器的泄爆方法设计连通容器的泄爆;受管道火焰加速、压力累积和压力振荡作用的影响,传爆容器和起爆容器先后发生湍流燃烧;破膜泄爆时火焰和高温气流从泄爆口高速喷出,在外流场继续剧烈燃烧,易造成二次伤害。

瓦斯爆炸冲击波在变径管道中的传播特性

为了研究管道截面突变对瓦斯爆炸冲击波的传播特性影响,利用ANSYS/LS-DYNA建立变径管道模型,在管道封闭端填充长度0.4 m,9.5%浓度的瓦斯混合气体,对瓦斯爆炸冲击波在变径管道内的传播特性进行了数值模拟。测得了变径管道中心,管道壁面处各测点的速度、超压。结果表明:瓦斯爆炸产生的爆炸波在管道变径区域发生了复杂反射并出现了反流现象,加大了管道变径区域的爆炸强度,使得爆炸波通过变径截面后的短时间内,出现了更高的二次超压峰值,且对管道壁面的冲击也更为严重。因此在对井下巷道进行开拓设计时,为应对可能发生的瓦斯爆炸灾害,应避免井下巷道面积突变或减缓巷道面积的变化程度。