泄爆结构测试系统的设计与调试文献综述

文献综述

可燃气体爆炸是工业生产和生活领域爆炸灾害的主要形式之一，迫切要求能够预测好潜在的气体爆炸的威力和危害，并以此为基础在设计和实际建筑安装中提出合理的方案。自1857年英国发生城市煤气管道爆炸以来，许多学者就开始了对气体爆炸的研究工作，已取得一定成果。这一领域的研究既应用于工业爆炸灾害的防治，也应用于发动机的设计和武器的研制。近年来 在海上石油和天然气的开采中可燃气体泄漏事故频发，尤其是近期我国发生的多起煤矿瓦斯爆炸事故，造成人民生命和财产的巨大损失，这些都促进了人们对气体爆炸研究的重视。采取何种措施更能积极有效地把爆炸范围和可能造成的破坏限制在最小程度E。这一直是安全工作者关注的焦点。气体爆炸是预混燃烧的一种。当爆炸波与周围介质发生作用，火焰加速非常快。爆炸包括预混火焰的初始爆燃以及随之向更猛烈的爆轰的转变，这取决于边界条件和超压水平。爆炸过程中，由火焰前阵面加速引起的初始超压导致的破坏通常比由随后的火焰引起的破坏严重得多。工业可燃气体爆炸事故多足由弱点火(点火能量小于100J)点燃可燃气云引起的．传播形式多为亚音速传播的爆燃波。燃烧率、预混火焰阵面的传播率及障碍物几何形状对爆燃超压都有影响，与之相关的问题是现今研究的主要课题之一．包括实验研究、理论分析、模型的建立及数值模拟等。

周凯元等^[1]设置加速环对爆燃火焰在直管中加速运动的规律及影响因素进行了实验研究，包括爆燃火焰在光滑内壁管道中的传播状况、管道直径和点火能量的变化及障碍物对火焰加速的影响，得出以下结论：闭端点火比开端点火火焰加速增大5倍以上，且管径较大加速也较大；点火能量的影响仅限于火焰的传播初期，而障碍物对爆燃火焰的加速影响很大．并对当前的工业阻火及防爆安全提出了更新的要求。Hjertager^[2-3]的实验研究了大型障碍物的加速爆炸及燃料浓度对爆炸威力的影响作用，但这些实验不能提供复杂的爆炸载荷的预测，因此可用的实验信息对测算压力～时间关系曲线是相当有限的。Fairweather等^[4-5]对圆管内壁上设有障碍环的气体爆炸流场进行研究．所进行的火焰成像研究显示，在主蘑的火焰波阵面离开容器导致高的超压之后，障碍环后残留的未反应的混台气体将发生剧烈反应，进一步增进了火焰的加速作用。

可燃气体的燃爆过程总是伴随着压力和温度的显著升高，其破坏效应主要表现为压力冲击波的机械破坏和爆炸火焰波的高温灼伤。压力冲击波和爆炸火焰波构成可燃气体爆炸波，爆炸波的传播又可能引起临近设备二次爆炸或遇到障碍物后由爆燃转变为爆轰过程，从而导致更加严重的破坏^［6］。目前，大部分可燃气体爆炸试验的反应器为管道，所模拟的爆炸环境具有一定的局限性，所采用的测定手段多为收集传感器信号，其试验数据缺乏直观性和一定的准确度^［7-8］。基于上述情况，借助高速摄像机及其配套软件，对模拟开敞空间的长方形爆炸箱中含有不同体积分数的甲烷－ 空气预混气体的爆炸冲击波超压和爆炸火焰波进行测定，以期分析可燃气体体积分数和障碍物对爆炸破坏效应的影响规律。

甲烷-空气预混气属于较为常见的气体爆炸预混气。在《不同浓度甲烷－ 空气预混气体爆炸特性的试验研究》一文中，作者余明高，孔杰，王燕，郑凯，郑立刚提到瓦斯爆炸具有很强的破坏性，是矿井生产的重大灾害之一，严重制约着矿井的安全生产和发展，因此，研究瓦斯爆炸特点、爆炸规律对井下瓦斯灾害防治具有重要意义。近年来，国内外专家在瓦斯爆炸机理、瓦斯爆炸规律等方面的研究取得了一定的进展。Gieras 等^［10］指出，受系统初始温度影响，瓦斯爆炸极限、爆炸时产生的压力及爆炸升压速率等参数会产生相应的变化。冯长根等^［11］运用AutoReaGas 软件模拟了巷道中不同点火位置对瓦斯爆炸后果的影响。罗振敏等^［12］采用自主设计的瓦斯爆炸试验装置，验证了瓦斯-空气预混气体的爆炸感应期随瓦斯浓度增大而缩短。林柏泉等^［13］研究表明，瓦斯爆炸过程中，火焰受障碍物的影响出现湍流，导致瓦斯爆炸的威力加剧。但是，根据瓦斯爆炸的破坏性特点，只有同时研究瓦斯爆炸火焰、压力波的传播规律和掌握二者的相互作用关系，才能预测瓦斯爆炸条件和破坏性强弱，从而更好地防爆、抑爆和控爆。

爆炸参数是对瓦斯爆炸在时间和空间上的量化指标，不同学者对爆炸参数的选择也不同。文献［14-21］在研究瓦斯爆炸时，选取系统产热量、火焰传播速度、爆炸感应期、爆炸压力等参数，以抑爆前后爆炸参值的变化情况作为衡量抑爆装置或抑爆材料抑爆效果的标准。但不同爆炸参数受爆炸强度变化影响，其反应灵敏度和准确度不同，需要对各爆炸参数在同系列试验不同工况条件下进行对比分析，以确定更好的描述瓦斯爆炸强度的指标参数。

综上，对于气体爆炸结构的研究是十分必要的，前文提到的各位学者对气体爆炸各方面的研究对我们的研究项目提供了许许多多的经验和宝贵的数据资料。大量文献已对气体爆炸的各项参数、破坏力的大小以及主要的实验方法进行了研究和阐述，对气体爆炸结构测试的研究方法有一定的借鉴意义。

总之，气体爆炸结构的测试为越来越多的人所重视，其在煤矿的行业如何保证员工生命安全中的影响力也越来越大，我们应该要结合前人研究的气体爆炸各项参数来更好地进行气体爆炸结构的测试。

参考文献：

[1] 周凯元，李泉芬．甲烷一空气爆燃波的火焰面在直管道中的加速运动[J]爆炸与冲击，2000，20(2)：137-142