密闭设备内可燃气体的燃爆会使设备受到严重破坏,造成财产损失和人员伤亡。目前,为了防止可燃气体燃爆,既经济又有效的方法是在设备上安装超压泄放装置。因此研究其整个燃爆泄放过程有助于进一步探讨可燃气体燃爆泄放安全设计方法。 泄放是为防止设备内部因爆炸而发生破坏所广泛采用的方法,其设计关键是合理、有效的设计泄放面积。随着对燃爆泄放理论研究的深入,借助计算机对其进行数值计算为实际工程应用提供了可靠的依据。 1.本文从流体力学和热力学出发,推导了计算球形容器可燃气体燃爆泄放面积的控制方程,建立了一个基于物理关系的可燃气体燃爆泄放数学模型。为了计算方便,对该模型进行了合理的简化。利用四阶龙格-库塔算法编制了计算程序,对球形容器内可燃气体燃爆泄放面积进行了数值计算。 2.在研究球形容器内可燃气体燃爆泄放数值计算的基础上,根据圆柱形容器的几何特征和点火位置的不同,通过对相关控制方程的修改,对圆柱形容器内可燃气体燃爆泄放面积也进行了数值计算。 3.本文借助Visual Basic语言进行图形用户界面设计,建立了一个可视化的数值计算设计系统;另外,本文还为用户提供了一个可燃气体物性参数数据库,用户可随时调用。同时,该数据库还为用户提供了“添加”、“修改”等功能。对于该设计系统,用户只需根据界面的提示输入设计参数,并从数据库调用或自行输入可燃气体的物性参数,就可以对不同种类、不同初始条件的可燃气体的燃爆泄放面积进行数值计算。 4.经本文设计程序计算得到如下的结论:(1)在初始压力和泄放压力保持不变时,泄放面积随燃爆泄放最大压力的减小而增大;(2)当设计参数一定时,泄放面积随着容器容积的增大而增大;(3)当燃爆泄放最大压力和泄放压力不变时,泄放面积随初始压力的增加而增大。 5.本文通过文献中的实验数据对数值计算结果进行了考核。结果表明对于球形容器二者偏差约在±10%以内;对于圆柱形容器二者偏差约在±20%以内。因此,本文建立的数值计算程序可以对可燃气体燃爆泄放面积进行计算,本文编制的计算程序在容器的安全泄放设计方面为工程设计人员提供了依据。