方形管道惰性气体对丙烷爆炸特性影响研究

摘要

清洁型能源因其可再生、污染小等优点被广泛应用。丙烷作为清洁能源的一种，在其使用过程中频繁发生燃爆事故，导致巨大的财产损失和人员伤亡，具有很大的危险性。基于以上实际背景，论文中使用自主设计的方形可视化管道系统，结合高速摄影/纹影技术，对比研究了二氧化碳、氮气、氩气对丙烷-空气爆炸特性的影响，结果如下： （1）在室温条件下，利用方形可视化管道测试得到丙烷的爆炸极限范围及当量浓度值分别为：2.25%~10.25%、4.5%。 （2）利用方形可视化管道，分别测试研究了二氧化碳、氮气、氩气体积分数的变化对当量丙烷-空气预混气爆炸压力的影响。结果表明：随二氧化碳、氮气、氩气体积分数的增加，最大爆炸压力呈下降趋势。当向预混气中添加相同体积分数的二氧化碳、氮气及氩气时，对预混气最大爆炸压力的影响由大到小排序为：二氧化碳>氮气>氩气。 （3）利用高速/纹影技术研究了当量丙烷-空气预混气爆炸火焰在传播过程中的结构变化及不同体积分数惰性气体对预混气火焰结构的影响。结果表明：当未添加惰性气体时，预混气火焰由点火初期的“球”形逐渐转变为“指尖”形，最后形成“郁金香”形火焰；当预混气中二氧化碳、氮气、氩气体积分数逐渐增加，火焰在传播过程中失稳现象也逐渐加重，结构严重变形。并且，火焰由“球”形向“指尖”形转变的时间及“郁金香”火焰的形成时间均出现了滞后；当二氧化碳、氮气、氩气体积分数分别增加至18%、21%、24%时，预混气火焰在传播过程中未形成“郁金香”形火焰。 （4）研究了预混气中惰性气体体积分数的变化对当量丙烷-空气预混气爆炸火焰传播速度的影响。结果表明：随二氧化碳、氮气、氩气体积分数的增加，预混气火焰传播的最大速度及平均速度均呈减小趋势。当二氧化碳、氮气、氩气体积分数分别达30%、33%、39%时，预混气爆炸被完全抑制。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 惰性气体抑爆技术研究现状

1.2.2 预混可燃气体火焰研究现状

1.3 研究内容

1.4 研究路线

2 可燃气体爆炸及惰性气体抑爆理论

2.1 可燃气体爆炸

2.1.1 可燃气体燃烧爆炸形式

2.1.2 可燃气体爆炸特性参数

2.2 可燃气体爆炸机理

2.3 惰性气体抑爆原理

2.4 预混火焰及其传播

2.4.1 层流火焰传播理论

2.4.2 层流火焰不稳定性

2.4.3 火焰加速传播机理

2.5 本章小结

3 惰性气体抑爆试验测试系统

3.1 试验系统介绍

3.1.1 方形可视化管道

3.1.2 配气系统

3.1.3 高压点火系统

3.1.4 信号采集系统

3.1.5 高速摄影/纹影仪系统

3.2 试验工况及步骤

3.2.1 试验工况

3.2.2 试验步骤

3.3 本章小结

4 惰性气体对丙烷/空气预混气爆炸强度影响研究

4.1 丙烷/空气预混气爆炸压力研究

4.2 二氧化碳对丙烷-空气预混气爆炸压力的影响

4.3 氮气、氩气对丙烷-空气预混气爆炸压力的影响

4.4 本章小结

5 惰性气体对丙烷/空气预混气爆炸火焰的影响

5.1 惰性气体对4.5%丙烷-空气预混气火焰结构影响

5.1.1 二氧化碳对丙烷-空气预混气火焰结构的影响

5.1.2 氮气、氩气对丙烷-空气预混气爆炸火焰结构的影响

5.2 惰性气体对丙烷-空气预混气火焰传播速度的影响

5.2.1 二氧化碳对丙烷-空气预混气火焰传播速度的影响

5.2.2 氮气、氩气对丙烷-空气预混气火焰传播速度的影响

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 不足与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢