可燃性氣體泄爆動力學(xué)機(jī)理研究.pdf

1、隨著國家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，可燃性氣體得到了廣泛應(yīng)用，是工業(yè)發(fā)展必不可少的燃料與原料，且今后將進(jìn)一步發(fā)展以液化石油氣和天然氣為主的工業(yè)、生活能源結(jié)構(gòu)。但是可燃性氣體在開采、輸送、貯存、加工和使用過程中或者因為管道泄露，可燃性氣體爆炸事故時有發(fā)生，特別是煤礦經(jīng)常發(fā)生瓦斯爆炸事故，造成重大的財產(chǎn)損失和人員傷亡。根據(jù)可燃性氣體發(fā)生爆炸的環(huán)境和場所，選擇開口泄爆管道對可燃性氣體的傳播規(guī)律和其內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行研究，為防止可燃性氣體爆炸事故

2、和減小爆炸事故帶來的危害提供依據(jù)。
　　 預(yù)混火焰在開口泄爆管道內(nèi)傳播，是一個高速、流動的動力學(xué)過程，受到許多因素的制約和影響，導(dǎo)致火焰陣面結(jié)構(gòu)、火焰?zhèn)鞑ヌ匦詤?shù)發(fā)生不穩(wěn)定的改變，因此課題將從甲烷-空氣預(yù)混火焰?zhèn)鞑サ膸讉€影響因素進(jìn)行實驗和理論分析。
　　 首先建立了一套長方體開口泄爆管道實驗平臺，利用高速紋影系統(tǒng)清晰的捕捉到預(yù)混火焰在不同實驗工況下的動態(tài)傳播過程和火焰陣面結(jié)構(gòu)的變化，并以此得出了火焰陣面的傳播速度；利用建

3、立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試了預(yù)混火焰在傳播過程中的流場壓力值并得到了對應(yīng)的壓力上升速率。針對預(yù)混火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘膮?shù)值，進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬驗證，揭示無約束泄爆管道內(nèi)預(yù)混火焰?zhèn)鞑サ膭恿W(xué)機(jī)理和傳播規(guī)律。
　　 研究了不同泄壓口比率下，預(yù)混火焰在長50 cm的開口泄爆管道中的傳播特性，得出了隨著泄壓口比率的增大，預(yù)混火焰的傳播速度峰值隨之增大，而流場壓力和壓力上升速率的峰值隨之降低，并得出了他們與泄壓口比率的關(guān)系式。當(dāng)泄壓口比率小于30

4、％時，預(yù)混火焰的傳播速度和流場壓力峰值隨泄壓口比率急劇變化；而大于30％時，傳播速度和流場壓力峰值的變化都很小，故泄壓口比率30％可看作是可燃性氣體在開口泄爆管道的一個拐點(diǎn)比率，并可作為泄爆設(shè)計的重要參考值。
　　 通過三種不同當(dāng)量比濃度的預(yù)混氣體，研究得出在開口泄爆管道內(nèi)，當(dāng)量比濃度為1.26(富燃)時，速度和壓力值均達(dá)到最大值，且達(dá)到最大值所需的時間也最短，這主要是因為開口導(dǎo)致空氣進(jìn)入管道內(nèi)，當(dāng)量比濃度發(fā)生改變，使其接近或等

5、于化學(xué)當(dāng)量比濃度，管道內(nèi)可燃性氣體反應(yīng)較充分，單位體積內(nèi)化學(xué)放熱量增大，從而加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣群驮龃罅肆鲌鰤毫?。而最佳濃度即?dāng)量比濃度為1.06時則處于“貧燃”狀態(tài)，火焰?zhèn)鞑ニ俣群蛪毫Ψ逯到档?。從而得出在開口泄爆管道內(nèi)的當(dāng)量比濃度是一個可變參數(shù)。
　　 同一長方體障礙物的截面不同，即阻塞比率的不同，會導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘淖兓?，阻塞比率越大，火焰燃燒爆炸產(chǎn)生的速度和壓力就越大，因此應(yīng)盡量將長方體障礙物的最小截面與火焰?zhèn)鞑シ较蛳嗤?