采用Fluent軟件建立典型的物理模型及數(shù)值模型來模擬RTO燃燒室發(fā)生苯氣體爆炸事故及其泄爆過程。結(jié)果表明:點火源設(shè)置在RTO底部且泄爆口設(shè)置在頂部時,更有利于保證RTO設(shè)備的系統(tǒng)安全。泄爆口開啟后,燃燒室內(nèi)的壓力會在20 ms內(nèi)達(dá)到常壓,泄爆過程普遍存在二次峰值現(xiàn)象。燃燒室爆炸過程中燃燒室內(nèi)達(dá)到壓力峰值的時間隨初始溫度的升高而縮短,最大爆炸壓力隨溫度升高而減小;燃燒室內(nèi)達(dá)到的爆炸壓力峰值隨苯蒸氣-空氣初始化學(xué)計量比的增大呈現(xiàn)先增大后減小趨勢,在化學(xué)計量比為1.4時,爆炸壓力峰值最大。 

【文章來源】：安全與環(huán)境學(xué)報. 2020,20(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

物理模型示意圖

圖2為不同點火位置、泄爆位置時燃燒室內(nèi)監(jiān)測點處最大爆炸壓力隨時間的變化情況。由圖2(a)可知，初始階段，燃燒室內(nèi)點火后發(fā)生層流燃燒，燃燒火焰擴(kuò)展緩慢，使得燃燒室內(nèi)壓力增加較為平緩，氣體壓縮不明顯。隨著火焰區(qū)的增大，反應(yīng)速率加快，生成的大量熱量在局部積累，使得反應(yīng)由燃燒向燃爆快速轉(zhuǎn)換，室內(nèi)壓力迅速升高并達(dá)到峰值。點火源位于點火位置1時，火焰?zhèn)鞑ニ俣雀欤覂?nèi)氣體爆炸達(dá)到的最大爆炸壓力高于其位于點火位置2時的峰值。由圖2(b)可知，設(shè)置泄爆口可以大范圍降低燃燒室內(nèi)的最大爆炸壓力，使得燃燒室內(nèi)的峰值控制在0.2 MPa以下。對點火源1，泄爆口1處泄爆口開啟后監(jiān)測點處的壓力迅速降低，之后發(fā)生壓力回升現(xiàn)象，整個過程持續(xù)的時間很短。這是因為點火源在底部點火后，高壓氣體聚集在燃燒室的頂部，當(dāng)頂部泄爆口開啟后，室內(nèi)高壓氣體迅速涌出，監(jiān)測點處壓力降低，之后周圍的高壓氣體補(bǔ)入，使得監(jiān)測點的壓力升高。泄爆口位置位于泄爆口2時，不同點火位置處，監(jiān)測點處的壓力有較大波動，呈交替下降的趨勢，這主要是因為泄爆時高溫混合氣體向燃燒室側(cè)面移動的過程中發(fā)生二次燃爆，二次燃爆對泄爆過程起到了一定的阻滯作用。對點火源2，泄爆口1處，泄爆口開啟后，壓力呈現(xiàn)下降的趨勢。

圖3給出了常溫常壓條件下燃燒室設(shè)置不同點火位置和泄爆位置時不同時刻的溫度分布情況。由溫度的分布圖可以看出，苯蒸氣-空氣混合氣體被點燃后，燃燒反應(yīng)隨時間的增長向四周逐漸蔓延，火焰區(qū)域逐漸增大。燃燒室內(nèi)主要區(qū)域為已燃區(qū)和未燃區(qū)及火焰鋒面(已燃及未燃區(qū)域交接面)�；旌蠚怏w在點燃后產(chǎn)生大量的爆炸產(chǎn)物，同時區(qū)域溫度升高，高溫氣流使得爆炸后的產(chǎn)物向周圍膨脹，這個過程中爆炸沖擊波不斷增強(qiáng)，速度加快，使得沖擊波與爆炸產(chǎn)物斷離。斷離后的沖擊波借助動能，繼續(xù)傳播。由于沖擊波的傳播速度比溫度的傳播速度快，高壓氣體會率先充滿整個燃燒室。從圖3和圖2(b)可以看出，泄爆口開啟后，由于室內(nèi)外存在較大的壓強(qiáng)差，高溫高壓氣體會逐步向泄爆口方向移動，燃燒室外會有高溫火焰噴出，泄爆進(jìn)行一段時間后，燃燒室內(nèi)的氣體仍處于高溫狀態(tài)，因此泄爆口開啟后，燃燒室的高溫氣體是造成事故傷害的主要原因。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號：3219033