气液共存受限空间可燃气体爆燃特性多因素影响实验研究

来源 :北京石油化工学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhongli2511
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市政污水管网、煤矿巷道等典型受限空间内往往积聚可燃气体,极易发生气体爆炸事故并造成重大伤亡。尽管研究者对受限空间内可燃气体爆燃特性开展了相关研究,但未充分结合实际管网、巷道等受限空间的结构和特点,尤其针对气液共存条件下蓄水、点火位置、检查井深度、不同的气体成分和浓度的影响涉及较少,对其内可燃气体的爆燃特性、灾害演化等研究仍相对不足,制约了其内爆燃灾害机理的揭示及防治技术的发展。为此,搭建自主设计的小尺寸爆炸实验平台,开展不同水位高度和甲烷浓度条件下的对比实验,研究爆燃压力、温度、火焰的发展变化规律;此外,基于流体动力学软件Fluidyn,建立了由竖直检查井和水平井构成的大尺度管网模型,研究了不同点火位置、检查井深度、不同的气体成分和浓度对甲烷爆燃特性的影响。(1)自主设计并搭建小尺寸爆炸实验平台,该平台包括管道系统、充配气系统、注液系统、点火与数据采集系统,能够实现不同水位高度条件下的可燃气体爆燃实验。(2)利用自主设计的爆炸实验平台开展了不同水位高度和甲烷浓度条件下的对比实验,结果表明,与无蓄水相比,当水位高度为2cm时,在爆燃过程中存在液态水吸热冷却造成压力时程曲线出现双峰或多峰结构。蓄水吸热汽化和水蒸气减缓了不同浓度甲烷爆燃温度的升高,并改变了爆燃火焰锋面形状,降低了火焰传播速度。与无蓄水时相比,当水位高度为2 cm时,6.5%~12.5%甲烷浓度范围内爆燃压力峰值降幅均值达23.76%,温度峰值降幅均值为13.82%。(3)采用流体动力学软件Fluidyn,建立了由顶端封闭、深度为(2 m、4 m和6 m)的竖直检查井和两端开口、长度各为20 m的水平井构成的管网模型,研究了不同点火位置(检查井上部、中部和下部)和检查井深度对甲烷爆燃特性的影响,得出点火位置的不同对爆炸火焰传播速度影响较大;检查井深度对爆炸压力峰值和爆炸温度峰值影响较小,但对爆炸火焰传播速度影响增强,尤其在检查井底部,随着检查井深度的增加,火焰传播速度增幅出现最大值。(4)管网模型由深度为4 m、顶端封闭的竖直检查井和长度各为20 m、两端开口的水平井构成,研究了不同的气体成分(6%CH4、6%CH4+1%C8H18)和浓度(2%、4%和6%C8H18)对可燃气体爆燃特性的影响,得出6%CH4与1%C8H18混合物的爆炸压力峰值、爆炸温度峰值和火焰传播速度明显高于6%CH4爆炸时的数值;油气浓度分别为2%、4%和6%时,整体表现为随着油气浓度的增加,爆炸压力峰值、爆炸温度峰值和火焰传播速度峰值持续减小。
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