NSSs结构拓扑优化及抑爆性能对比分析

阻隔抑爆结构-球形非金属隔片(Nonmetallic Spherical Spacers,NSSs)填充于密闭空间中,能够减缓火焰的冲击,削弱火焰传播能量,防止发展为更为严重的爆炸,用于解决易燃易爆危险化学品的爆炸或“二次爆炸”的工程难题,从而解决了可燃气体及液体的生产、存放、运输和使用中的问题。但NSSs的置换率(体积指标)过大,严重制约NSSs的广泛使用。文中以最小化柔度为目标,采用变密度法拓扑优化NSSs结构,降低NSSs的置换率;通过用40 mm破片炸药燃烧弹进行(Fragmentation Explosive Incendiary Shells,FEIS)射流引燃试验,对比分析射流引燃的火焰形态和变化、油桶破坏程度、火球最高温度和高温持续时间,验证优化后的NSSs抑爆性能,为易燃易爆化学品的抑爆技术发展提供重要参考。

NSSs和MAAs的抑爆性能对比分析

为研究封闭空间内球形非金属隔片(NSSs)和铝合金金属网(MAAs)对丙烷的抑爆性能,在定容燃烧弹(CVCB)内,填充密度为45.1 kg/m^(3)的NSSs和MAAs,预混丙烷-空气后进行爆炸试验,通过测量填充后的最大爆炸超压、最大爆炸超压的时间和最大爆炸超压降低率,重点分析比较其抑爆作用;通过火焰纹影图像计算和比较填充后的火焰前锋平均传播速度,分析湍流燃烧现象,对比不同当量比下的抑爆性能。结果表明:NSSs的抑制作用强于MAAs;随当量比的增加,NSSs和MAAs的最大爆炸压力降低率先减小后增加,火焰平均速度先增加后减小;当量比为1.0时的抑制作用比当量比为0.8、1.2、1.5和2.0时低,丙烷浓度越大,抑制作用越明显。

填充密度对球形非金属隔片抑制丙烷爆炸性能的影响

为了研究球形非金属隔片填充密度与其抑制丙烷爆炸性能的关系,利用自主设计的定容燃烧弹并结合高速纹影技术,在不同丙烷⁃空气当量比(1、1.5、2)下,对不同球形非金属隔片填充密度(21.9,38.7,45.1 kg·m^(-3))下的丙烷⁃空气预混气体进行爆炸试验。分析了不同丙烷⁃空气当量比下,球形非金属隔片的填充密度对缸内最大爆炸压力、热损失、火焰尖端速度、火焰传播特征以及湍流的影响。结果表明:球形非金属隔片对丙烷爆炸压力有抑制作用,但对火焰传播过程有促进作用;球形非金属隔片填充密度为45.1 kg·m^(-3)时,各个丙烷⁃空气当量比下缸内最大爆炸压力降低率与热损失均达到最大,火焰尖端速度峰值和两点之间最大速度差以及湍流增强系数相对较小,抑爆效果最好。