论文部分内容阅读
现代工业的发展给人民生活带来了巨大的便利的同时,也使得可能发生燃烧和爆炸的重大危险源广泛存在于人们周围。沸腾液体膨胀蒸汽爆炸(BLEVE—boiling liquid expanding vapor explosion)是一种危害性极大的物理性爆炸,尽管对这一事故类型的研究已经取得了一些成果,但是其中的事故微观机理还不是很清晰,存有很多的疑点。在本研究中,通过建立一个小型的BLEVE实验装置来模拟盛装有过热液化气或者过热水的高压容器,在器壁突然发生一定尺寸的破裂后,容器内过热液体的爆炸性沸腾的过程。实验采用高速摄像仪记录了容器破裂后,过热液体发生沸腾液体膨胀蒸气爆炸(BLEVE)的微观动力过程以及气液两相流的运动特性。使用高频响的压力传感器等测试手段记录了BLEVE过程中超压的形成及变化规律。同时实验还就不同初始液体容积率、液体初始温度和破裂处的开口面积,对容器内超压的影响规律进行了研究。实验观测到BLEVE事故过程存在两个超压峰,其峰值大小约为BLEVE灾害发生前容器内初始压力的2-3倍。爆破片打开后,表面液体率先沸腾—气化,过热液体表面爆炸性沸腾形成的两相流层对容器空间的猛烈挤压是造成容器内第一个压力峰出现的原因。容器破裂后,液相中的气泡由于上方压力的降低而开始加速向上运动。气泡体积迅速扩大,拉伸变形,最终破裂,整个液相发展成为强烈紊动的两相流。具有一定向上动能的两相流撞击到容器上壁面,形成“液体锤”。伴随两相流喷发过程中出现的“阻塞”、“气蚀”等效应,共同推动容器内压力到达第二个压力峰。这一阶段由于温度相对较低的两相流与高温的容器金属壁面直接接触,在热与力的耦合作用下,容器发生整体破裂的可能性大大增加。改变BLEVE发生时的初始条件,以此来观察不同工况下BLEVE的发生规律和破坏强度。实验中发现过热度越大,则超压越猛烈;破裂的尺寸越大,第一个压力峰的超压越大,且喷发过程的持续时间随破裂开口的减小而增大;液位高度在60%-80%之间时,BLEVE的超压过程最为强烈。在微小裂口条件下,过热液体由于较低的降压率而没有出现大尺寸破裂条件下的爆炸性沸腾,没有出现急剧膨胀的两相流层。气泡的成长缓慢,在容器液相中出现体积较大的气泡团,在气泡团破裂释能后,容器内压力也出现幅度很小的超压。通过在容器内放置网状障碍物,初步探索了抑制BLEVE的发生和强度的技术措施。实验中发现网状障碍物在微小破裂条件下,容器内气泡的成长和运动过程受到抑制,两相流的膨胀速度也由此降低。客观上降低了容器发生微小破裂后事故扩大为整体性BLEVE的可能性。