液态碳氢燃料云雾爆轰及其抑制与泄放分析

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1、摘要本文以几种常见液态碳氢燃料云雾为重点，从实验测试，理论分析和数值计算三个方面对燃料云雾爆轰性能、云雾爆炸的抑制与泄放过程进行了系统深入的研究，基本揭示了云雾多相爆轰结构特征和作用机理，获得了有关云雾爆炸抑制及泄放的相关特征参数和变化规律，为控制或减缓工业爆炸灾害的作用程度和范围提供了重要的技术思路和途径。主要工作和研究成果如下：采用升降法和烟迹技术在立式激波管内测定了燃料云雾爆轰直接起爆的临界起爆能和爆轰胞格尺寸。燃料云雾的临界起爆能和爆轰胞格尺寸均与当量比成一“U”形曲线关系，并且云雾爆轰最敏感点并不是对应于等化学当量的混合物而是偏向于富燃料；燃料云雾爆轰的胞格尺寸随着起爆能

2、的增加而减小，达到一定的数值之后再增加起爆能，胞格尺寸几乎不发生变化，但起爆能量足够大时，由于爆轰波阵面的驱动部分能量过大，在三波系交汇之前有次三波点形成，出现微细结构。利用自行设计加工水雾或粉尘抑爆装置，在立式激波管中对水雾以及惰性粉尘抑制燃料云雾爆炸的现象和规律进行了实验研究。水雾抑制云雾爆炸的实验结果表明，水雾抑爆存在一临界水雾密度，低于此临界点，爆炸波穿过水雾区后会对燃料云雾再次点火，重新成长并增强，爆炸不能被完全抑制；随着水雾密度增大、雾滴直径减小，爆炸波衰减作用越明显；10％碳酸氢钠水雾的抑制效果比纯水雾高7---15％．惰性粉尘抑制云雾爆炸同样也存在临界抑爆剂浓度，只

3、有抑爆剂浓度大于此临界值，爆炸才可能被完全抑制；具有化学活性的碳酸氢钠抑爆剂，因其对爆炸化学反应的抑制作用，具有较强的抑爆能力；抑爆剂抑制燃料云雾爆炸的作用机理在于抑爆剂对燃料云雾的稀释和钝化，制止链式反应的发展，吸收反应区的能量，使得前沿冲击波与化学反应区分离，爆炸波不能自持传播，从而爆炸得到抑制。在柱形泄爆容器中，对泄爆过程中内外压力流场进行测定，并对泄爆发生二次爆炸的影响因素进行分析。在其它泄爆条件不变时，当量比小于l时二次爆炸的概率小于当量比等于或大于l。同样，只改变泄爆膜强度，而其它条件不变时，脆性低强度泄爆膜发生二次爆炸的概率较小。根据对水雾爆炸抛撤实验结果的分析，将水

4、滴群看成为与气体相互渗透的拟流体，运用双流体两相流模型对水爆炸成雾的多相流动过程进行数值研究。计算所得水雾边界运动轨迹和水雾运动规律与试验结果相吻合，符合水爆炸抛撒形成水雾的物理现象和规律，此模型可以用来描述水雾区内物理量的分布与变化情况．关键词：云雾爆轰，胞格尺寸，爆炸抑制，泄爆，二次爆炸ABSTRCATInthisthesis，theexperimentalinvestigations，theoreticalanalysisandnumericalsimulationsarecarriedouttOstudythedetonationcharacteristicsoffuel．

5、airⅡlixtures，explosionsuppressionsandventing．Therelevantparametersofheterogeneousdetonations，explosionsuppressionandventingareobtainedexperimentally，andthemechanismisrevealed．Someideasorapproachesareputforwardtoindustryexplosionhazardsmitigationandcontr01．Criticalinitiationenergyismeasuredbyup

6、anddownmethod，tndonsootfoilinverticaldetonationtube．ResultsdemonstratethattherelationshipofcriticalinitiationenergyandequivalenceratioshowsaIlUshapecl／rve．thecellsizeisalso．Thecriticalpointofthesensitivityofthefuelvaporissli曲flylargerthan1．Thecomparisonofdetonationcharacteristicsamongthesefuel

7、sindicatesthatdetonationoffuel-airmixnlresinlowfuelvaporpressureissimilartothegaseousdetonation．Wimtheenhancingofignitionenergyitwillleadtoamorecomplexcellulars仃1Jcnlre．Andtheratioofitslengthtowidthislessthanthegaseousfuel．Theseexperime