真空腔抑制管道氣體爆炸的轉捩及控制機理研究

《真空腔抑制管道氣體爆炸的轉捩及控制機理研究》是依託中國礦業大學，由邵昊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：真空腔抑制管道氣體爆炸的轉捩及控制機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：邵昊
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

管道氣體爆炸影響範圍廣，危害大。其傳統的抑爆方法各有特色、發揮了重要作用，但存在抑爆失效甚至激勵爆炸的難題。真空腔能夠衰減爆炸激波、熄滅火焰，可以有效抑制並阻斷瓦斯爆炸，但也有抑爆失效和二次爆炸的風險。為了探明真空腔抑爆失效機理及對應的轉捩機制，提高真空腔抑爆的有效性和實用性，本項目將組建真空腔管路抑爆實驗系統，並建立真空腔抑爆的巨觀和微觀數值仿真方法，系統研究真空抽吸膨脹波與爆炸衝擊波和火焰的相互關係，揭示真空腔熄滅爆炸火焰的原因和規律；分析真空腔引起的二次爆炸機理及臨界條件下的抑爆失穩特性，闡明真空腔的失效特徵和轉捩機制；最佳化真空腔結構，探明多吸口真空腔抑爆的穩定性和可靠性，探索真空腔和抑爆劑耦合抑爆效果，得到減小真空腔臨界體積的最佳方法，獲取真空腔抑爆轉捩現象的最優控制機理；構建真空腔抑爆轉捩理論模型和抑爆轉捩最佳化控制模型，為真空腔抑爆技術提供理論基礎。

結題摘要

管道作為可燃氣體介質流通的重要工具，其套用範圍和規模在逐漸擴大。管道輸送方便快捷，但也會引起嚴重的事故。真空腔可以衰減爆炸激波、熄滅火焰，抑制管道氣體爆炸。為了提高真空腔抑爆的有效性，本項目自行設計製作了真空腔抑爆裝置，從理論分析、數值模擬、實驗研究、理論建模四個方面，詳細分析了真空腔泄爆的作用機理、發展過程和主要影響因素，研究了真空腔焠熄機理、影響因素、耦合抑爆效果，構建了真空腔抑爆效果的理論模型和效果評價模型。 首先利用傳熱、傳質、鏈式反應和能量衰減理論對有真空腔泄爆環境下的瓦斯爆炸傳播規律進行分析闡述。利用詳細化學反應機理，研究了真空腔對甲烷鏈式反應動力學的影響。基於理論和實驗分析的結果，建立管道內甲烷/空氣預混氣體爆炸的物理和數學模型，對安裝有真空腔的管道內瓦斯爆炸進行了數值模擬研究。從爆炸火焰傳播、爆炸超壓、爆炸溫度以及爆炸產物濃度四個方面，對有腔管道和無腔管道瓦斯爆炸進行對比分析。通過構造不同的真空腔實驗系統，研究了真空腔體積、弱面板破裂時機、真空腔真空度等關鍵參數對真空腔抑爆效果的影響。真空腔抑爆存在一臨界體積，當真空腔體積大於臨界體積時，真空腔就有抑爆效果；真空腔弱面板破裂時機很重要，如果弱面板破裂時，火焰已經遠離真空腔，則真空腔沒有抑爆效果，所以真空腔有效的關鍵是，真空腔弱面板能及時破裂；真空腔並不是只有在完全真空下才起作用，當真空腔達到一定真空度後，就有明顯的抑爆效果。 利用遺傳算法最佳化的神經網路，根據真空腔抑爆特點，建立了神經網路的基本結構，確定了神經網路的輸入輸出參數和計算方法，對真空腔實驗數據進行了分析，找到了真空腔抑爆效果影響因素指標與真空腔抑爆效果評價指標之間的非線性關係，並通過控制變數法，定量分析了其相互影響規律，得到了評價真空腔的抑爆效果的擬合公式，對真空腔抑爆效果評價具有指導意義。