【摘 要】
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随着工业生产中粉尘和有机溶剂的广泛使用,可燃气体(蒸气)/粉尘多相混合物引发的爆炸事故有逐渐增加的趋势。湍流、单相成分、浓度以及组分配比都对杂混合物爆炸过程有重要的
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随着工业生产中粉尘和有机溶剂的广泛使用,可燃气体(蒸气)/粉尘多相混合物引发的爆炸事故有逐渐增加的趋势。湍流、单相成分、浓度以及组分配比都对杂混合物爆炸过程有重要的影响,并使其具有复杂的爆炸特性。为了给工业中的安全生产、事故预防以及相应的安全评估和事故调查提供一定的理论依据,本文借助于CFD软件ANSYS-FLUENT平台进行二次开发,以实现对密闭空间内铝粉扩散,铝粉、IPN蒸气、JP-10蒸气、JP-10蒸气/IPN蒸气以及铝粉/IPN蒸气/JP-10蒸气/空气杂混合物的燃烧爆炸过程的数值模拟。通过数值模拟,得到了罐内湍流及铝粉浓度随时间和空间的变化规律,揭示了吹粉压力和铝粉粒度与湍流分布的相互关系。不同吹粉压力下,吹粉期内,湍流迅速上升至峰值后急剧下降,吹粉压力越大,湍流所达峰值越大;静置期内,湍流下降速度减缓,不同吹粉压力对应的湍流动能差别很小。然而铝粉粒度对铝粉扩散整个周期内的湍流几乎没有影响。铝粉浓度分布难以均匀,针对本文计算条件,在60 ms~120 ms范围内时铝粉浓度分布相对均匀。为粉尘爆炸实验点火时间的确定和实验结果分析提供了重要的科学依据。实现了流动状态下铝粉/空气爆炸的数值模拟,得到了湍流与浓度耦合对铝粉爆炸参数的影响。低浓度时,最佳点火延迟时间随浓度增大而增大;高浓度时,最佳点火延迟时间保持不变。为定量考查湍流在粉尘爆炸中的作用奠定了重要基础。JP-10蒸气/IPN蒸气/空气多元混合物爆炸的数值模拟发现,JP-10蒸气爆炸的峰值超压要明显高于IPN蒸气,而其最大压力上升速率却比IPN蒸气低一个数量级。JP-10蒸气/IPN蒸气/空气混合气体爆炸压力随JP-10蒸气比例增大而增大。为燃料设计和使用明确了优化途径和方向。研究了浓度和固气比对铝粉/JP-10蒸气/IPN蒸气/空气杂混合物爆炸压力的影响规律。结果表明:固气比的影响依赖于浓度,当浓度较低时,杂混合物爆炸的峰值超压和最大压力上升速率随固气比增大而减小;当浓度较高时,杂混合物爆炸的峰值超压随固气比增大而增大,最大压力上升速率随固气比增大先增大后减小。
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