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可燃蒸气云爆炸是一类危险性高、破坏力强的工业灾害。深入研究泄漏后蒸气云在不同爆炸几何空间下爆炸火焰传播的规律以及其伤害过程,是建立抑制和预防此类工业灾害技术的理论基础,具有重要的社会经济价值和学术价值。在现实的工业生产环境中生成的可燃蒸气云受到的影响因素有很多种,从防灾角度来说,可分为可控因素和不可控因素。在此基础上,本文以可控制因素——约束物和障碍物为出发点,设计局部高约束空间几何模型来探讨蒸气云爆炸成灾的内在规律。主要研究内容如下: 以事故致因理论为基础,对国内外多起蒸气云爆炸事故的原因、发生地点以及过程进行了统计分析。根据统计分析结果确定了事故伤害模型,即以可燃性气体或低沸点可燃液体与空气混合物为研究对象,结合不同的爆炸几何空间对爆炸伤害危险性进行机理性的研究。 以开口管道为例,基于均相反应流时均方程组、k-ε湍流模型和EBU-Arrhenius燃烧模型,建立了均相湍流燃烧流动的理论模型,利用SIMPLEC算法,对容器内丙烷空气混合气体燃烧加速过程进行了数值模拟,研究高约束下蒸气云爆炸传播规律,结论如下: ①数值模拟结果与实验测量值和实验中拍摄的火焰照片吻合良好,表明本文建立的模型可用于高约束空间内预混火焰的发展过程的数值模拟。 ②可燃气体点火初期,障碍物对火焰阵面的扰动非常小。当火焰接近障碍物时,火焰阵面发生显著变化。随着障碍物高度的增加,火焰阵面被拉伸变形的程度越来越大,导致火焰速度的迅速增加,随障碍物数量的增加,被进一步拉伸的火焰阵面,也会使火焰速度急剧上升,揭示了障碍物和湍流引起火焰加速的正反馈机理。 ③由于障碍物的扰动,在火焰穿越障碍物时,火焰速度存在剧烈波动,先急剧增大而后下降,再迅速上升。当火焰穿越多个障碍物时,火焰速度连续剧烈波动,速度值越来越大。 ④未设置障碍物的高约束空间中,由于壁面使火焰加速,最大超压出现在出口处。而对于内置障碍物空间来说,随着障碍阻塞率增大,超压越来越大。