波纹管道阻火器系统的阻爆特性研究
发布时间：2020-10-26 02:57
随着现代工业的迅速发展,工业介质防燃抑爆己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10 μS,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1 m3/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0.97Vca。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。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X932
【部分图文】：
?亦称为超压爆轰或过压爆轰。超压爆轰是不稳定的，它很快就被产物区的稀疏波削弱，??达到稳定传播［２］。图１．２为超压曲线与火焰传播过程示意图。??因此，可以根据爆炸所释放能量速率大小和产生的爆炸波传播速度的快慢，把爆炸??分为爆燃和爆轰。爆燃以每秒数米至数百米的亚音速传播，而爆轰波则以每秒千米以上??的超音速在未反应介质中传播。必须指出，燃烧（爆燃）过程与爆轰过程有着实质性的区??别，燃烧过程是以热传导、热辐射以及燃烧气体扩散的方式进行，这个过程进行缓慢。??因此，燃烧波阵面两侧的压力、温度和密度都是连续变化的。爆轰过程则不同，它以爆??轰波冲击压缩的方式进行，这个过程是瞬间完成的，因此爆轰波阵面两侧的压力、温度??和密度是突跃上升的。由于爆轰过程进行得很快，能量释放速度极快，因此，对于同一??种可燃混合物
?管道阻火器主要由阻火单元、外壳、阻火单元压环或支撑杆、法兰、垫片等几个部??分组成，如图１．５所示。外壳是对阻火单元定位和提高其机械强度的部件。阻火单元压??环（或支承杆）是用于加强阻火单元强度，防止阻火单元被爆炸冲击波破坏的部件。连接??阻火器的、有点火源的管道端，一般称为是保护测；连接处于危险状态设备的管道端，??称为受保护测。其基本原理为主要是淬熄效应，当火焰、热气体快速穿过阻火器时，通??过阻火单元的孔壁向外释放热量，火焰、热气体在完全穿过阻火器之前充分冷却，实现??阻火。??Ｕｎｐｒｏｔｅｃｔｅｄ??Ｆｈｍｅ?ｓｉｄｅ?ｏｆ?ｅ／ｅｍｅｎｔ??Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ?ｓｉｄｅ?＾??ｏｆ?ｅｌｅｍｅｎｔ?Ｔ??Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ??图１．５管道阻火器结构示意图??Ｆｉｇ．?１．５?Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｉｎ－ｌｉｎｅ?ｆｌａｍｅ?ａｒｒｅｓｔｅｒ??管道阻火器允许气流穿过，但不允许火焰穿透。它可以使火焰淬熄、充分冷却气流，??阻止气流在阻火器出口处重燃。阻火器在处于危险的设备与点火源之间提供了一个火焰??屏障，合理地使用阻火器可以避免灾难性的火灾和爆炸损失。??１．３．２典型阻火单元结构??大多数的阻火单元是由能够通过气体的许多细小、均匀或不均匀的通道或孔隙的固??体材质所组成，对这些通道或孔隙要求尽量的小，小到只要能够通过火焰即可。这样，??火焰进入阻火器后就分成许多细小的火焰流被熄灭。??因此
?管道阻火器主要由阻火单元、外壳、阻火单元压环或支撑杆、法兰、垫片等几个部??分组成，如图１．５所示。外壳是对阻火单元定位和提高其机械强度的部件。阻火单元压??环（或支承杆）是用于加强阻火单元强度，防止阻火单元被爆炸冲击波破坏的部件。连接??阻火器的、有点火源的管道端，一般称为是保护测；连接处于危险状态设备的管道端，??称为受保护测。其基本原理为主要是淬熄效应，当火焰、热气体快速穿过阻火器时，通??过阻火单元的孔壁向外释放热量，火焰、热气体在完全穿过阻火器之前充分冷却，实现??阻火。??Ｕｎｐｒｏｔｅｃｔｅｄ??Ｆｈｍｅ?ｓｉｄｅ?ｏｆ?ｅ／ｅｍｅｎｔ??Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ?ｓｉｄｅ?＾??ｏｆ?ｅｌｅｍｅｎｔ?Ｔ??Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ??图１．５管道阻火器结构示意图??Ｆｉｇ．?１．５?Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｉｎ－ｌｉｎｅ?ｆｌａｍｅ?ａｒｒｅｓｔｅｒ??管道阻火器允许气流穿过，但不允许火焰穿透。它可以使火焰淬熄、充分冷却气流，??阻止气流在阻火器出口处重燃。阻火器在处于危险的设备与点火源之间提供了一个火焰??屏障，合理地使用阻火器可以避免灾难性的火灾和爆炸损失。??１．３．２典型阻火单元结构??大多数的阻火单元是由能够通过气体的许多细小、均匀或不均匀的通道或孔隙的固??体材质所组成，对这些通道或孔隙要求尽量的小，小到只要能够通过火焰即可。这样，??火焰进入阻火器后就分成许多细小的火焰流被熄灭。??因此
【相似文献】
本文编号：2856383
【学位单位】：大连理工大学
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?亦称为超压爆轰或过压爆轰。超压爆轰是不稳定的，它很快就被产物区的稀疏波削弱，??达到稳定传播［２］。图１．２为超压曲线与火焰传播过程示意图。??因此，可以根据爆炸所释放能量速率大小和产生的爆炸波传播速度的快慢，把爆炸??分为爆燃和爆轰。爆燃以每秒数米至数百米的亚音速传播，而爆轰波则以每秒千米以上??的超音速在未反应介质中传播。必须指出，燃烧（爆燃）过程与爆轰过程有着实质性的区??别，燃烧过程是以热传导、热辐射以及燃烧气体扩散的方式进行，这个过程进行缓慢。??因此，燃烧波阵面两侧的压力、温度和密度都是连续变化的。爆轰过程则不同，它以爆??轰波冲击压缩的方式进行，这个过程是瞬间完成的，因此爆轰波阵面两侧的压力、温度??和密度是突跃上升的。由于爆轰过程进行得很快，能量释放速度极快，因此，对于同一??种可燃混合物
?管道阻火器主要由阻火单元、外壳、阻火单元压环或支撑杆、法兰、垫片等几个部??分组成，如图１．５所示。外壳是对阻火单元定位和提高其机械强度的部件。阻火单元压??环（或支承杆）是用于加强阻火单元强度，防止阻火单元被爆炸冲击波破坏的部件。连接??阻火器的、有点火源的管道端，一般称为是保护测；连接处于危险状态设备的管道端，??称为受保护测。其基本原理为主要是淬熄效应，当火焰、热气体快速穿过阻火器时，通??过阻火单元的孔壁向外释放热量，火焰、热气体在完全穿过阻火器之前充分冷却，实现??阻火。??Ｕｎｐｒｏｔｅｃｔｅｄ??Ｆｈｍｅ?ｓｉｄｅ?ｏｆ?ｅ／ｅｍｅｎｔ??Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ?ｓｉｄｅ?＾??ｏｆ?ｅｌｅｍｅｎｔ?Ｔ??Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ??图１．５管道阻火器结构示意图??Ｆｉｇ．?１．５?Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｉｎ－ｌｉｎｅ?ｆｌａｍｅ?ａｒｒｅｓｔｅｒ??管道阻火器允许气流穿过，但不允许火焰穿透。它可以使火焰淬熄、充分冷却气流，??阻止气流在阻火器出口处重燃。阻火器在处于危险的设备与点火源之间提供了一个火焰??屏障，合理地使用阻火器可以避免灾难性的火灾和爆炸损失。??１．３．２典型阻火单元结构??大多数的阻火单元是由能够通过气体的许多细小、均匀或不均匀的通道或孔隙的固??体材质所组成，对这些通道或孔隙要求尽量的小，小到只要能够通过火焰即可。这样，??火焰进入阻火器后就分成许多细小的火焰流被熄灭。??因此
?管道阻火器主要由阻火单元、外壳、阻火单元压环或支撑杆、法兰、垫片等几个部??分组成，如图１．５所示。外壳是对阻火单元定位和提高其机械强度的部件。阻火单元压??环（或支承杆）是用于加强阻火单元强度，防止阻火单元被爆炸冲击波破坏的部件。连接??阻火器的、有点火源的管道端，一般称为是保护测；连接处于危险状态设备的管道端，??称为受保护测。其基本原理为主要是淬熄效应，当火焰、热气体快速穿过阻火器时，通??过阻火单元的孔壁向外释放热量，火焰、热气体在完全穿过阻火器之前充分冷却，实现??阻火。??Ｕｎｐｒｏｔｅｃｔｅｄ??Ｆｈｍｅ?ｓｉｄｅ?ｏｆ?ｅ／ｅｍｅｎｔ??Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ?ｓｉｄｅ?＾??ｏｆ?ｅｌｅｍｅｎｔ?Ｔ??Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ??图１．５管道阻火器结构示意图??Ｆｉｇ．?１．５?Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｉｎ－ｌｉｎｅ?ｆｌａｍｅ?ａｒｒｅｓｔｅｒ??管道阻火器允许气流穿过，但不允许火焰穿透。它可以使火焰淬熄、充分冷却气流，??阻止气流在阻火器出口处重燃。阻火器在处于危险的设备与点火源之间提供了一个火焰??屏障，合理地使用阻火器可以避免灾难性的火灾和爆炸损失。??１．３．２典型阻火单元结构??大多数的阻火单元是由能够通过气体的许多细小、均匀或不均匀的通道或孔隙的固??体材质所组成，对这些通道或孔隙要求尽量的小，小到只要能够通过火焰即可。这样，??火焰进入阻火器后就分成许多细小的火焰流被熄灭。??因此
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