波纹管道阻火器系统的阻爆特性研究
随着现代工业的迅速发展,工业介质防燃抑爆已成为学术界前沿课题。火焰在阻火单元内的淬熄过程涉及到流体流态转变、传热效应等问题,是该领域研究的热点和难点。本文针对波纹管道阻火器系统内的阻爆过程进行了实验、理论及数值模拟研究,主要工作和结论如下: (1)搭建了水平长直管可燃气体爆炸与阻爆实验系统。主要包括高精度的配气装置、传感器检测系统、数据采集装置。系统采用自主设计的火焰传感器,其自身响应时间为10μs,可以有效识别高速火焰信号。系统静态配气的最高误差为0.1％、流量不低于1m3/min,动态配气的最高误差为0.2％。 (2)开展了丙烷、乙烯、氢气与空气混合气体的阻爆燃实验研究。实验结果显示,虽然随着孔隙率的减小,阻火器前端火焰速度呈递增趋势,但其阻火性能却大大提高;随着阻火单元厚度的增加,阻火器前端火焰速度呈递减趋势,且阻火能力较强。建立了爆燃火焰在管道阻火器内传播与淬熄过程的数学模型,研究了火焰在阻火单元内的淬熄过程,结果表明淬熄长度随孔隙率的增加呈指数递增趋势。结合实验与数值模拟结果,获得了不同活性气体发生淬熄失效时的孔隙率、阻火单元厚度和管道长径比,提出了阻火器前端爆炸压力、阻火速度随孔隙率、阻火单元厚度变化的规律。 (3)开展了丙烷、乙烯、氢气与空气混合气体的阻爆轰实验研究,结果表明,丙烷、乙烯-空气的最小阻爆轰速度约为0.94VCJ,氢气-空气的最小阻爆轰速度约为0.97VCJ。建立了爆轰波在管道阻火器内传播与淬熄过程的数学模型,并采用NND差分格式进行求解。研究了爆轰波在阻火单元内的解耦过程及淬熄规律,结果表明淬熄长度随孔隙率的增大而增加,成二次函数关系。结合实验与数值模拟结果,获得了不同活性气体发生淬熄失效时的孔隙率和阻火单元厚度值,提出了阻火器前端爆轰压力随孔隙率、阻火单元厚度变化的规律。当爆轰波在阻火单元内传播时,随着孔隙率减小,压力衰减程度较高,随着阻火单元厚度增加,压力峰值不断减小,这些都会增强对爆轰波的抑制作用。 (4)揭示了火焰速度与前端爆炸压力之间的关系,分析了以火焰速度与前端爆炸压力为特征的火焰传播能量对阻火性能的影响机制。从传热学理论出发,结合实验数据,推导出了爆燃与爆轰安全阻火速度计算式,为工业装置阻火器的设计和选型提供简便有效的参考依据。
阻火器;阻爆过程;数值模拟;淬熄过程
大连理工大学
博士
化工过程机械
毕明树
2018
中文
TQ569
183
2018-08-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）