文档介绍：南京工业大学
博士学位论文
受限空间气体爆炸传播及其动力学过程研究
姓名:王志荣
申请学位级别:博士
专业:化工过程机械
指导教师:蒋军成
20050101
研究生签名:盈丕丕日期:鱼受堕丕┚南京工业大学学位论文原创性声明及使用授权的声明一⒀宦畚脑葱陨二、关于学位论文使用授权的声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材判。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在沦文中作了明确的说明并表示了谢意。南京工业大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊盘版缱釉又旧缂扒寤M焦馀坦煞萦邢薰居腥ūA舯救怂徒谎宦畚牡复印件和电牡担梢圆捎糜坝⑺跤』蚱渌粗剖侄伪4媛畚摹1救说鏵文档的内容和纸质沦文的内容相‘致。允许论文被查阅和借阅,可以公布ǹ登畚牡娜ú炕虿糠帜谌荨B畚牡墓ú包括刊登谌暇┕ひ荡笱а芯可研究┟,闩
摘要工业过程中,特别是化工和石油化工生产中,可燃性气体得到,。泛应用。由于装置设备本身的缺陷或人为因素常常会发生受限空间气体爆炸事故。在受限空间的约束作用灞ɑ岵细叩难沽脱沽υ龀に俾剩灾劣诤芏嘧爸或设备不能承受而造成人员伤亡和财产损失,甚至导致灾难性的后果。因此,开展受限空间气体爆炸的研究,对于预防和控制此类工业灾害性事故具有重要的实际意义和科研价值。对建国以来我国已经发生的起典型化工装置爆炸事故原因进行了分类和统计分析,根据统计分析结果确定以可燃性气体与空气混合物爆炸作为本论文研究对象。作为研究工作的基础,本论文首先对受限宅间气体爆炸压力和温度进行了热力学计算研究,采用化工热力学的分析方法建立了计算密闭容器气体爆炸和小空间局部可燃气体爆炸温度和压力的计算模型。针对可燃气体与空气混合物多组份的特点,考虑爆炸时高温高压等条件对物性参数和输运参数的影响,将真实气体状态方程和气体混合规则引入到数值模型中,提高了气体爆炸数值模型的精度。通过理论分析和前人研究成果,建立枋鍪芟蘅占淦灞ü痰奈锢砟型和数学模型,并给出了受限空间气体爆炸的初始条件和边界条件。采用瓵混合反应模型模拟气体爆炸过程,解决了以往数值模型中不能合理地计算湍流燃烧反应速率的问题,提高了数值模拟的精度。为了捕捉气体爆炸涉及到的复杂激波、旋涡结构和移动的火焰面,模拟计算中采用网格白适应加密技术。利用公开发表的文献中的实验数据和已有的气体爆炸理论模型以及热力学模型对建立的数学模型的有效性进行了考核。数值模拟结果与实验数据基本吻合,与理论模型计算值偏差也较小,说明了本论文建立的气体爆炸的数学模型的适用性和准确性。对管道中均匀混合气体和局部可燃气体爆炸以及障碍物和多爆源条件体爆炸传播及其动力学过程进行了数值模拟研究。对于密闭管道内均匀混合气体爆炸,管道内压力和温度随时问增加而增加。火焰阵而前出现膨胀流,火焰面后密度降低。随着爆炸的进行,火焰在管道中从点火端向另端传播,当火焰传播博士学位论文
到另一端时,爆炸结束,压力达到最大;对于密闭管道内局部可燃气体爆炸,随着填充率的增加,爆炸压力将增大。和管道内均匀混合气体爆炸相比,局部可燃气体爆炸压力相对较小,但即使较小的填充率也会引起较高的压强:对于障碍物条件下气体爆炸,火焰在有障碍物的管道中传播的加速机理,主要应归因于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈。障碍物数目越多,管道内气体爆炸压力越大,压力上升速率也越大,气体流动速度越大;对于多爆源气体爆炸,跟单爆源气体爆炸不同,多爆源气体点燃后管道内压力分布不均匀,主要是由于多爆源气体爆炸波的相互作用的影响。管道内两侧气体点火后在火焰前方形成两个相对运动的冲击波,两边气流在相遇点处发生堆积,使气体密度和温度升高。堆积起来的高压气体向两侧流动,高压区向两侧扩展而使管道内压力趋于平衡。对无约束和有约束两种条件下管道内气体泄爆过程进行了动力学研究。对于无约束气体泄爆,和密闭管道内气体爆炸相比,管道内压力增加比较缓慢,泄放口丽积对泄爆过程中最大压力和最大压力上升速率影响较大,一般来说,泄放口越大,管道中爆炸压力越小;对于有约束气体泄爆,泄爆过程包括密闭空间燃爆和泄爆两个阶段,泄爆阶段管道内压力变化与泄爆面积和泄爆压力有关。对密闭管道内均匀混合气体爆炸过程的影响因素进行了数值分析,点火位置、气体浓度、气体种类、初始温度、初始压力、管道长径比、管道内障碍物、水含量和惰性气体对管道内气体爆炸过程均有不同程度的影响。网格尺寸对模拟计算结果也有一定的影响。对连通容器内气体爆炸的动力学特征及其产生机理进行了研究,并利用数值模拟的力法对气体爆炸过程中火焰传播、压力变化以及