通过研究在开口容器内乙炔-空气混合气爆炸产生冲击波的超压及分布规律,合理地利用和控制冲击波能量,进行锅炉受热面清灰的工程应用,并解决工程应用中存在的问题。 目前,电站锅炉各部位的受热面大部分都安装了各种类型的吹灰装置,但这些吹灰装置普遍存在着能耗高、可靠性和吹灰效果差的缺点,并且对设备有一定的副作用。论述了燃气爆炸和燃气爆炸型吹灰器的研究现状、燃气爆炸理论研究方法,以及锅炉受热面积灰的机理和形式,重点研究了两个电厂锅炉积灰的化学成分和积灰特点。由于燃气冲击波吹灰器通常使用的燃料为乙炔,着重介绍了乙炔的燃点、点火能、爆炸极限、分解爆炸性、传爆能力等方面的特性。 乙炔空气混合气的爆炸是一种较为典型的气相爆轰问题。为了便于求解乙炔空气爆炸后的流场,首先对气相爆轰的爆轰参数(C-J参数)进行求解。假定原始爆炸物(爆轰前)和爆炸产物(爆轰后)均为理想气体,服从理想气体状态方程,由于爆炸和传播瞬间结束,可以认为是等熵过程。根据Hugoniot方程、理想气体状态方程、等熵方程、质量和动量守恒方程,计算出爆炸后的冲击波参数,如压力、温度、速度、密度等。利用VB语言,编制气相爆炸参数的计算程序,并利用该程序对可燃混合气的爆炸参数进行求解;尽管计算结果有一定的误差,其原因可能是没有考虑爆轰产物的离解情况,但将该程序得到的数值作为后续流场数值计算的初值,对进行安全设计、安全评估,仍然具有较大可信性的。 通过建立网格数值、控制方程,对压力效应步和运输步采用体积控制元法进行离散,循环计算爆炸冲击波的压力场和速度场。研究结果认为:对于一个充满乙炔和空气均匀混合的单开口容器,爆炸具有下列传播规律。 a.沿开口轴向的爆炸压力远远大于其径向压力,轴向的爆炸压力约为径向压力的30～40倍。数值模拟计算的乙炔燃爆瞬时爆压为1.0MPa左右。 b.轴向爆炸压力和速度随着距开口的距离的增大而迅速衰减。 c.随着乙炔当量比的增大,爆炸轴向压力增大,乙炔当量比达到1.0时的燃爆轴向压力最大;然后又随着乙炔当量比的增大,爆炸轴向压力减小。 d.随着开口直径的增大,爆炸轴向压力迅速减小。 e.冲击波的传播速度最高可达2290m/s。 工程应用方面重点介绍了燃气冲击波吹灰器的清灰原理和吹灰器改造方案,