隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展,工業(yè)介質(zhì)防燃抑爆己成為學(xué)術(shù)界前沿課題�；鹧嬖谧杌饐卧獌�(nèi)的淬熄過程涉及到流體流態(tài)轉(zhuǎn)變、傳熱效應(yīng)等問題,是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文針對波紋管道阻火器系統(tǒng)內(nèi)的阻爆過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)、理論及數(shù)值模擬研究,主要工作和結(jié)論如下:(1)搭建了水平長直管可燃?xì)怏w爆炸與阻爆實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。主要包括高精度的配氣裝置、傳感器檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集裝置。系統(tǒng)采用自主設(shè)計的火焰?zhèn)鞲衅?其自身響應(yīng)時間為10 μS,可以有效識別高速火焰信號。系統(tǒng)靜態(tài)配氣的最高誤差為0.1%、流量不低于1 m3/min,動態(tài)配氣的最高誤差為0.2%。(2)開展了丙烷、乙烯、氫氣與空氣混合氣體的阻爆燃實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,雖然隨著孔隙率的減小,阻火器前端火焰速度呈遞增趨勢,但其阻火性能卻大大提高;隨著阻火單元厚度的增加,阻火器前端火焰速度呈遞減趨勢,且阻火能力較強(qiáng)。建立了爆燃火焰在管道阻火器內(nèi)傳播與淬熄過程的數(shù)學(xué)模型,研究了火焰在阻火單元內(nèi)的淬熄過程,結(jié)果表明淬熄長度隨孔隙率的增加呈指數(shù)遞增趨勢。結(jié)合實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果,獲得了不同活性氣體發(fā)生淬熄失效時的孔隙率、阻火單元厚度和管道長徑比,提出了阻火器前端爆炸壓力、阻火速度隨孔隙率、阻火單元厚度變化的規(guī)律。(3)開展了丙烷、乙烯、氫氣與空氣混合氣體的阻爆轟實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明,丙烷、乙烯-空氣的最小阻爆轟速度約為0.94VCJ,氫氣-空氣的最小阻爆轟速度約為0.97Vca。建立了爆轟波在管道阻火器內(nèi)傳播與淬熄過程的數(shù)學(xué)模型,并采用NND差分格式進(jìn)行求解。研究了爆轟波在阻火單元內(nèi)的解耦過程及淬熄規(guī)律,結(jié)果表明淬熄長度隨孔隙率的增大而增加,成二次函數(shù)關(guān)系。結(jié)合實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果,獲得了不同活性氣體發(fā)生淬熄失效時的孔隙率和阻火單元厚度值,提出了阻火器前端爆轟壓力隨孔隙率、阻火單元厚度變化的規(guī)律。當(dāng)爆轟波在阻火單元內(nèi)傳播時,隨著孔隙率減小,壓力衰減程度較高,隨著阻火單元厚度增加,壓力峰值不斷減小,這些都會增強(qiáng)對爆轟波的抑制作用。(4)揭示了火焰速度與前端爆炸壓力之間的關(guān)系,分析了以火焰速度與前端爆炸壓力為特征的火焰?zhèn)鞑ツ芰繉ψ杌鹦阅艿挠绊憴C(jī)制。從傳熱學(xué)理論出發(fā),結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),推導(dǎo)出了爆燃與爆轟安全阻火速度計算式,為工業(yè)裝置阻火器的設(shè)計和選型提供簡便有效的參考依據(jù)。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X932
【部分圖文】：

?亦稱為超壓爆轟或過壓爆轟。超壓爆轟是不穩(wěn)定的，它很快就被產(chǎn)物區(qū)的稀疏波削弱，??達(dá)到穩(wěn)定傳播［２］。圖１．２為超壓曲線與火焰?zhèn)鞑ミ^程示意圖。??因此，可以根據(jù)爆炸所釋放能量速率大小和產(chǎn)生的爆炸波傳播速度的快慢，把爆炸??分為爆燃和爆轟。爆燃以每秒數(shù)米至數(shù)百米的亞音速傳播，而爆轟波則以每秒千米以上??的超音速在未反應(yīng)介質(zhì)中傳播。必須指出，燃燒（爆燃）過程與爆轟過程有著實(shí)質(zhì)性的區(qū)??別，燃燒過程是以熱傳導(dǎo)、熱輻射以及燃燒氣體擴(kuò)散的方式進(jìn)行，這個過程進(jìn)行緩慢。??因此，燃燒波陣面兩側(cè)的壓力、溫度和密度都是連續(xù)變化的。爆轟過程則不同，它以爆??轟波沖擊壓縮的方式進(jìn)行，這個過程是瞬間完成的，因此爆轟波陣面兩側(cè)的壓力、溫度??和密度是突躍上升的。由于爆轟過程進(jìn)行得很快，能量釋放速度極快，因此，對于同一??種可燃混合物

?管道阻火器主要由阻火單元、外殼、阻火單元壓環(huán)或支撐桿、法蘭、墊片等幾個部??分組成，如圖１．５所示。外殼是對阻火單元定位和提高其機(jī)械強(qiáng)度的部件。阻火單元壓??環(huán)（或支承桿）是用于加強(qiáng)阻火單元強(qiáng)度，防止阻火單元被爆炸沖擊波破壞的部件。連接??阻火器的、有點(diǎn)火源的管道端，一般稱為是保護(hù)測；連接處于危險狀態(tài)設(shè)備的管道端，??稱為受保護(hù)測。其基本原理為主要是淬熄效應(yīng)，當(dāng)火焰、熱氣體快速穿過阻火器時，通??過阻火單元的孔壁向外釋放熱量，火焰、熱氣體在完全穿過阻火器之前充分冷卻，實(shí)現(xiàn)??阻火。??Ｕｎｐｒｏｔｅｃｔｅｄ??Ｆｈｍｅ?ｓｉｄｅ?ｏｆ?ｅ／ｅｍｅｎｔ??Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ?ｓｉｄｅ?＾??ｏｆ?ｅｌｅｍｅｎｔ?Ｔ??Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ??圖１．５管道阻火器結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇ．?１．５?Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｉｎ－ｌｉｎｅ?ｆｌａｍｅ?ａｒｒｅｓｔｅｒ??管道阻火器允許氣流穿過，但不允許火焰穿透。它可以使火焰淬熄、充分冷卻氣流，??阻止氣流在阻火器出口處重燃。阻火器在處于危險的設(shè)備與點(diǎn)火源之間提供了一個火焰??屏障，合理地使用阻火器可以避免災(zāi)難性的火災(zāi)和爆炸損失。??１．３．２典型阻火單元結(jié)構(gòu)??大多數(shù)的阻火單元是由能夠通過氣體的許多細(xì)小、均勻或不均勻的通道或孔隙的固??體材質(zhì)所組成，對這些通道或孔隙要求盡量的小，小到只要能夠通過火焰即可。這樣，??火焰進(jìn)入阻火器后就分成許多細(xì)小的火焰流被熄滅。??因此

?管道阻火器主要由阻火單元、外殼、阻火單元壓環(huán)或支撐桿、法蘭、墊片等幾個部??分組成，如圖１．５所示。外殼是對阻火單元定位和提高其機(jī)械強(qiáng)度的部件。阻火單元壓??環(huán)（或支承桿）是用于加強(qiáng)阻火單元強(qiáng)度，防止阻火單元被爆炸沖擊波破壞的部件。連接??阻火器的、有點(diǎn)火源的管道端，一般稱為是保護(hù)測；連接處于危險狀態(tài)設(shè)備的管道端，??稱為受保護(hù)測。其基本原理為主要是淬熄效應(yīng)，當(dāng)火焰、熱氣體快速穿過阻火器時，通??過阻火單元的孔壁向外釋放熱量，火焰、熱氣體在完全穿過阻火器之前充分冷卻，實(shí)現(xiàn)??阻火。??Ｕｎｐｒｏｔｅｃｔｅｄ??Ｆｈｍｅ?ｓｉｄｅ?ｏｆ?ｅ／ｅｍｅｎｔ??Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ?ｓｉｄｅ?＾??ｏｆ?ｅｌｅｍｅｎｔ?Ｔ??Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ??圖１．５管道阻火器結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇ．?１．５?Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｉｎ－ｌｉｎｅ?ｆｌａｍｅ?ａｒｒｅｓｔｅｒ??管道阻火器允許氣流穿過，但不允許火焰穿透。它可以使火焰淬熄、充分冷卻氣流，??阻止氣流在阻火器出口處重燃。阻火器在處于危險的設(shè)備與點(diǎn)火源之間提供了一個火焰??屏障，合理地使用阻火器可以避免災(zāi)難性的火災(zāi)和爆炸損失。??１．３．２典型阻火單元結(jié)構(gòu)??大多數(shù)的阻火單元是由能夠通過氣體的許多細(xì)小、均勻或不均勻的通道或孔隙的固??體材質(zhì)所組成，對這些通道或孔隙要求盡量的小，小到只要能夠通過火焰即可。這樣，??火焰進(jìn)入阻火器后就分成許多細(xì)小的火焰流被熄滅。??因此
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本文編號：2856383