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随着工业现代化的高速发展,可燃气体爆炸事故屡见不鲜。尤其在工业连通装置中,由于存在结构的突变性和压力积累效应等原因,常常会发生比单个装置爆炸强度更大的爆炸。泄爆能够将连通装置内部的高压已燃和未燃气体导至外部空间,使内部压力迅速降低,避免爆炸事故的发生和财产的损失,已经成为连通装置主要的防爆技术手段之一。现阶段对于工业装置泄爆的研究,偏向于单个装置或装置内部的压力与或火焰特性方面,对于整个泄爆过程,尤其是连通装置外部压力与火焰变化特征研究较少。然而,连通装置泄爆外部压力和火焰可能会造成次生伤害作用,甚至引发二次爆炸等事故。因此,对于连通装置外部压力和火焰特性以及伤害效应的研究具有重要的现实意义,同时对于补充完善气体泄爆基础理论有重要的理论价值,还可以为气体泄爆安全设计和人员安全防护提供重要依据。 本研究通过设计、组建连通装置泄爆外部压力和火焰变化特性及伤害作用的测试系统,开展了一系列连通装置泄爆实验。主要研究了点火位置、气体浓度、初始压力、泄爆面积、泄爆压力、不同组合形式、不同火焰传播方向等对连通装置气体泄爆后外部压力及射流火焰变化的影响;研究了连通装置气体泄爆后二次爆炸过程规律及影响因素;研究了不同因素作用下,气体泄爆冲击波的伤害作用及影响范围。单个球形装置泄爆时,在一定范围内,爆炸容器容积减小,会导致泄爆后外部的峰值压力增大,不过压力变化更为迅速,持续冲击时间减小。随着泄爆压力的增加,容器外部峰值压力和压力变化速率增加;泄爆压力较小时,泄爆装置外部易产生二次爆炸现象,泄爆压力较大时,泄爆装置外部不产生二次爆炸现象。可燃气体浓度越靠近可燃气体燃烧最佳化学当量比,泄爆外部压力峰值越高;可燃气体浓度靠近可燃气体爆炸上限时,泄爆外部压力峰值较低,但易出现二次爆炸现象。泄爆装置初始压力对泄爆后发生二次爆炸影响不大;泄爆装置初始压力增加,容器外部压力峰值、压力变化速率均增大。在小于0.04m的泄爆口直径范围内,随着泄爆口直径的增大,外流场最大压力上升速率及峰值压力均相应增大,呈现上升的趋势但非线性,但在0.03与0.04m之间存在一个增加程度先减小后增大的驻点。连通装置泄爆时,连接管道对于单个容器的泄爆作用是抑制的,连接管道时,容器外部压力峰值和压力上升速率大于单个容器泄爆的情况,且随着连接管道长度的增加,容器外部压力峰值和压力变化速率相应增加。相对于单个容器,连通装置外流场峰值压力及最大压力上升速度均有较大提高;连通装置连接管道越长,外部压力峰值越大,但压力上升速率变化不大。火焰传播方向对于无传爆反射流泄爆的外部各点压力影响不大。保持与泄爆口的距离对于泄爆防护极其重要,因为距离泄爆口越远,受到的冲击波压力波峰值越小;容器的体积越大,容器外可能发生的二次爆炸的位置距离泄爆口越远。对于泄爆射流火焰的研究表明:当甲烷浓度为最佳化学当量比的9.5%时,火焰阵面形态发展到峰值。对单球而言,火焰阵面的直径、长度达到最大。对于连通装置而言,射流火焰出现明显的颜色分层,即温度分区;其后,随着泄爆过程的继续,出现不明显的驻波型湍流。当可燃性气体浓度远离最佳化学当量比时,无论单球球形装置还是连通装置,内部燃烧就为富氧或者贫氧燃烧,越不充分,泄出后的火焰温度越低,颜色就越暗。连通装置射流火焰的亮白色的高温区域易向泄爆口尾流方向偏移。随着装置初始压力的升高,泄爆射流火焰颜色愈加明亮,内部出现明暗交替的驻波型褶皱及涡漩。泄爆面积(泄爆直径)对射流火焰产生较大的影响,随着泄爆直径的增大,射流火焰的直径、长度均有所增长。但不同的是,连通装置泄爆射流火焰的颜色转明亮,说明连通装置内部形状、结构的变化引起的湍流程度破坏了装置内部到泄爆口的界面稳定性,导致火焰传播速度加快和火焰阵面温度分区的出现。在实验条件一致的情况下,连通装置泄爆射流火焰的形态参数,如长度、火焰阵面直径、温度均大幅度大于单个球形装置泄爆的情况。最后,依据实验结果,划分了连通装置泄爆压力伤害范围。