三通管支管位置对爆炸火焰传播影响分析
发布时间：2021-06-26 18:42
为研究分支管道位置对丙烷爆炸火焰传播的影响规律,通过多组数值模拟与已有实验数据对比,分析不同工况下三通管内火焰传播形态变化特征及温度变化。结果表明:向右传播的爆炸气流在支管左侧形成湍流旋涡,火焰受到拖拽及壁面制约,贴支管右侧壁面呈尖刀状传播;封闭管道中,火焰传播受主管道高速前驱压力波回波影响更显著,垂直支管中火焰与高温风险更大;实验支管位置距离点火源5.6 m时岔口处监测点温度高达2 214.08 K,支管位置增加至5.71m时,支管处湍流旋涡拖拽火焰,使火焰出现中断,支管移至5.825 m后高温火焰无法传播至支管口,支管中的爆炸风险显著降低。研究结果为工业生产三通管支管位置的选择和支管内二次爆炸风险预测提供科学参考。
【文章来源】：中国安全生产科学技术. 2020,16(10)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
三通管实验管道布置
在三通管前段,火焰为直管传播,爆炸火焰在初期阶段呈现半球形,当火焰继续发展,由于受管道壁面制约,使得中轴线的火焰锋面优先加速,火焰发展为手指形状;随着传播速度增大,火焰与前驱压力波发生耦合加速,使得火焰扰动更剧烈,火焰锋面褶皱增多,进而使已燃气产生率增加;随火焰传播的继续进行,由于未燃气密度较大,已燃气体火焰锋面受制约,其边缘出现速度间断,锋面发生反转,火焰逐渐向内凹陷,发展为郁金香形状[10-12],如图4(a)所示。当火焰传至三通处后,由于管道面积突扩,同时受到壁面阻碍的作用,支管口处产生湍流旋涡,导致火焰阵面拉伸,使反应更加充分、燃烧速率增大、热释放速率增加,火焰速度在11#监测点处增至最大,湍流旋涡使得支管左侧区域中心压力下降,湍流火焰受到涡流作用,部分火焰向支管右侧传播,呈尖刀状,如图4(b)所示,此时由于分流,火焰温度及火焰速度降低[13];而主管道中火焰由于湍流作用,上壁面火焰锋面优先加速向前传播,随后中心火焰继续向前传播。同时由于支管位置距离直管末端更近,主管道末端反射的压缩波对火焰起到削弱作用,抑制了火焰的正向传播。
三通处典型监测点压力及爆炸温度线如图5所示。支管位置为5.6 m情况下,数值模拟中t=55.66 ms时,火焰随湍流传播至三通处,此时11#监测点温度到达峰值2 214.08 K,随着湍流在支管前端生成,湍流旋涡拖拽使得12#监测点无法完全接受到火焰热辐射,温度下降,仅为1 434.81 K,降幅约35.23%;同时由于燃烧强度不足,火焰锋面无法达到7#监测点,导致其温升现象并不明显,仅上升至651.97 K。主管道中的火焰由于支管的分流及反射压缩波作用,其传播距离大幅缩减,更多火焰向支管中传播。爆炸压力在11#监测点处达到最大值0.174 MPa,随后由于支管分压,压力在12#监测点出现下降;而7#监测点,在分支管道湍流漩涡的压缩增强、火焰阵面持续推进与燃烧反应的发展下,爆炸压力对比12#监测点显著上升[14]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]泄爆口强度对管内天然气爆炸流场的影响仿真[J]. 文虎,高慧慧,王秋红,罗振敏,蒋军成,张明广. 天然气工业. 2019(08)
[2]封闭管道油气爆炸超压及火焰传播特性[J]. 蔡运雄,杜扬,王世茂,刘冲,胡文超,张霖. 中国安全生产科学技术. 2019(06)
[3]分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播规律实验及数值模拟[J]. 解北京,杜玉晶,王亮. 重庆大学学报. 2019(06)
[4]多分支管道油气爆炸特性大涡模拟[J]. 刘冲,杜扬,张培理,孟红,李舒,孙孝康. 中国安全生产科学技术. 2019(01)
[5]不同类型管道内瓦斯爆炸冲击波传播试验研究[J]. 赵丹,齐昊,潘竞涛,贾进章. 中国安全科学学报. 2018(03)
[6]基于FLACS的煤矿巷道截面突变对瓦斯爆炸的影响数值模拟[J]. 罗振敏,苏彬,程方明,张娟. 煤矿安全. 2018(01)
[7]博弈论在预防化工园区事故多米诺效应中的应用[J]. 昌伟伟,吴兵. 中国安全生产科学技术. 2017(12)
[8]分支管道长度对油气爆炸强度影响试验研究[J]. 蒋新生,魏树旺,徐建楠,李国庆,袁广强,李阳超. 中国安全科学学报. 2017(02)
[9]管道内气体爆炸时火焰传播湍流因子的研究[J]. 孙松,高康华. 煤炭学报. 2016(S2)
[10]T型分支管道对油气爆炸强度的影响[J]. 杜扬,李国庆,吴松林,张培理,周毅,齐圣,王世茂. 爆炸与冲击. 2015(05)
本文编号：3251873
【文章来源】：中国安全生产科学技术. 2020,16(10)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
三通管实验管道布置
在三通管前段,火焰为直管传播,爆炸火焰在初期阶段呈现半球形,当火焰继续发展,由于受管道壁面制约,使得中轴线的火焰锋面优先加速,火焰发展为手指形状;随着传播速度增大,火焰与前驱压力波发生耦合加速,使得火焰扰动更剧烈,火焰锋面褶皱增多,进而使已燃气产生率增加;随火焰传播的继续进行,由于未燃气密度较大,已燃气体火焰锋面受制约,其边缘出现速度间断,锋面发生反转,火焰逐渐向内凹陷,发展为郁金香形状[10-12],如图4(a)所示。当火焰传至三通处后,由于管道面积突扩,同时受到壁面阻碍的作用,支管口处产生湍流旋涡,导致火焰阵面拉伸,使反应更加充分、燃烧速率增大、热释放速率增加,火焰速度在11#监测点处增至最大,湍流旋涡使得支管左侧区域中心压力下降,湍流火焰受到涡流作用,部分火焰向支管右侧传播,呈尖刀状,如图4(b)所示,此时由于分流,火焰温度及火焰速度降低[13];而主管道中火焰由于湍流作用,上壁面火焰锋面优先加速向前传播,随后中心火焰继续向前传播。同时由于支管位置距离直管末端更近,主管道末端反射的压缩波对火焰起到削弱作用,抑制了火焰的正向传播。
三通处典型监测点压力及爆炸温度线如图5所示。支管位置为5.6 m情况下,数值模拟中t=55.66 ms时,火焰随湍流传播至三通处,此时11#监测点温度到达峰值2 214.08 K,随着湍流在支管前端生成,湍流旋涡拖拽使得12#监测点无法完全接受到火焰热辐射,温度下降,仅为1 434.81 K,降幅约35.23%;同时由于燃烧强度不足,火焰锋面无法达到7#监测点,导致其温升现象并不明显,仅上升至651.97 K。主管道中的火焰由于支管的分流及反射压缩波作用,其传播距离大幅缩减,更多火焰向支管中传播。爆炸压力在11#监测点处达到最大值0.174 MPa,随后由于支管分压,压力在12#监测点出现下降;而7#监测点,在分支管道湍流漩涡的压缩增强、火焰阵面持续推进与燃烧反应的发展下,爆炸压力对比12#监测点显著上升[14]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]泄爆口强度对管内天然气爆炸流场的影响仿真[J]. 文虎,高慧慧,王秋红,罗振敏,蒋军成,张明广. 天然气工业. 2019(08)
[2]封闭管道油气爆炸超压及火焰传播特性[J]. 蔡运雄,杜扬,王世茂,刘冲,胡文超,张霖. 中国安全生产科学技术. 2019(06)
[3]分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播规律实验及数值模拟[J]. 解北京,杜玉晶,王亮. 重庆大学学报. 2019(06)
[4]多分支管道油气爆炸特性大涡模拟[J]. 刘冲,杜扬,张培理,孟红,李舒,孙孝康. 中国安全生产科学技术. 2019(01)
[5]不同类型管道内瓦斯爆炸冲击波传播试验研究[J]. 赵丹,齐昊,潘竞涛,贾进章. 中国安全科学学报. 2018(03)
[6]基于FLACS的煤矿巷道截面突变对瓦斯爆炸的影响数值模拟[J]. 罗振敏,苏彬,程方明,张娟. 煤矿安全. 2018(01)
[7]博弈论在预防化工园区事故多米诺效应中的应用[J]. 昌伟伟,吴兵. 中国安全生产科学技术. 2017(12)
[8]分支管道长度对油气爆炸强度影响试验研究[J]. 蒋新生,魏树旺,徐建楠,李国庆,袁广强,李阳超. 中国安全科学学报. 2017(02)
[9]管道内气体爆炸时火焰传播湍流因子的研究[J]. 孙松,高康华. 煤炭学报. 2016(S2)
[10]T型分支管道对油气爆炸强度的影响[J]. 杜扬,李国庆,吴松林,张培理,周毅,齐圣,王世茂. 爆炸与冲击. 2015(05)
本文编号：3251873
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