湍流对可燃气体（蒸气）爆炸极限及火焰传播过程的影响

摘要

随着可燃气体（蒸气）的广泛应用，在其实际生产、储运、使用过程中引发的燃烧爆炸事故成为灾难性事故的主要形式之一。如何有效预防和控制可燃气体（蒸气）的燃爆事故仍是民用工业和军用生产领域亟待解决的新课题。目前，国内外主要是在宏观静止状态下对可燃气体（蒸气）爆炸特性参数进行测试研究，而在实际生产生活中，燃爆事故的发生多是处于湍流流场中。因此探究湍流对可燃气体（蒸气）爆炸极限和火焰传播过程的影响具有重要的理论参考价值与实际应用价值。
　　本文参考相关测试标准，借助FRTA爆炸极限测试仪和高速摄影仪，研究湍流对可燃气体（蒸气）的爆炸极限及火焰传播过程的影响，并依据相关燃烧、爆炸理论，对试验结果进行定性和定量的分析、比较、总结。研究结果表明:
　　(1)湍流状态下可燃气体（蒸气）的爆炸范围比宏观静止状态下变窄。湍流对可燃气体爆炸范围的影响幅度随着它相对分子质量的增大而增大，而对可燃蒸气爆炸范围的影响更为显著。湍流强度的增大一定程度上降低了其发生火灾事故的危险性。
　　(2)湍流扰动会促使火焰形态发生变化，即火焰前锋阵面产生褶皱且边界不清晰，而且湍流强度越大，火焰前锋阵面褶皱越明显，火焰边界越模糊。在湍流的扰动下，火焰传播速度明显增大。
　　(3)在实际生产生活中，虽然随着湍流强度的增大，可燃气体（蒸气）爆炸极限范围缩小，但在高湍流强度下火焰传播速度加快，因此应综合考虑，合理选择安全系数。
　　综上所述，本文研究成果丰富了湍流状态下可燃气体（蒸气）的燃烧、爆炸理论，对评估常见可燃气体（蒸气）的燃爆危险性，预防其燃爆事故的发生有重要意义。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 本章小结

2 可燃气体燃烧与爆炸基本理论

2．1 可燃气体爆炸基本理论

2．1．1 可燃气体(蒸气)爆炸极限

2．1．2 爆炸极限的影响因素

2．2 可燃气体(蒸气)火焰传播机理

2．2．1 预混湍流火焰

2．2．2 火焰传播速度与燃烧速度

2．2．3 可燃气体(蒸气)火焰传播速度的影响因素

2．3 本章小结

3 湍流对可燃气体(蒸气)爆炸极限的影响

3．1 测试装置及爆炸判据

3．1．1 爆炸极限测试仪

3．1．2 爆炸判据

3．2 试验样品

3．3 试验原理与方法

3．3．2 试验方法

3．4 4种可燃气体(蒸气)爆炸极限测定

3．4．1 甲烷爆炸极限测定

3．4．2 氢气爆炸极限测定

3．4．3 液化石油气爆炸极限测定

3．4．4 乙醇爆炸下限测定

3．4．5 容器尺寸及形状对爆炸极限的影响

3．5 湍流对反应室内气体流速和压强的影响

3．6 湍流对4种可燃气体(蒸气)爆炸下限的影响

3．6．1 湍流对氢气爆炸下限的影响

3．6．2 湍流对甲烷爆炸下限的影响

3．6．3 湍流对液化石油气爆炸下极限的影响

3．6．4 湍流对乙醇蒸气爆炸下极限的影响

3．7 湍流对3种可燃气体爆炸上限的影响

3．7．1 湍流对氢气爆炸上极限的影响

3．7．2 湍流对甲烷爆炸上限的影响

3．7．3 湍流对液化石油气爆炸上极限的影响

3．8 湍流对可燃气体(蒸气)爆炸范围的影响

3．9 本章小结

4 湍流对可燃气体(蒸气)火焰传播过程的影响

4．1 测试装置

4．2 试验样品

4．3 试验原理和方法

4．3．1 试验原理

4．3．2 试验系统

4．3．3 试验方法

4．4 湍流对甲烷近爆炸下限火焰传播过程的影响

4．4．1 湍流状态下甲烷火焰传播过程的高速影像采集及分析

4．4．2 湍流对甲烷火焰前锋阵面和火焰传播速度的影响

4．5 湍流对乙醇蒸气近爆炸下限火焰传播过程的影响

4．5．1 湍流状态下乙醇蒸气火焰传播过程的高速影像采集及分析

4．5．2 湍流对乙醇蒸气火焰前锋阵面和火焰传播速度的影响

4．6 本章小结

5．1 主要结论

5．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢