工业过程中,特别是化工和石油化工生产中,可燃性气体得到广泛应用。由于装置设备本身的缺陷或人为因素常常会发生受限空间气体爆炸事故。在受限空间的约束作用下,气体爆炸会产生较高的压力和压力增长速率,以至于很多装置或设备不能承受而造成人员伤亡和财产损失,甚至导致灾难性的后果。因此,开展受限空间气体爆炸的研究,对于预防和控制此类工业灾害性事故具有重要的实际意义和科研价值。 对建国以来我国已经发生的42起典型化工装置爆炸事故原因进行了分类和统计分析,根据统计分析结果确定以可燃性气体与空气混合物爆炸作为本论文研究对象。作为研究工作的基础,本论文首先对受限空间气体爆炸压力和温度进行了热力学计算研究,采用化工热力学的分析方法建立了计算密闭容器气体爆炸和小空间局部可燃气体爆炸温度和压力的计算模型。针对可燃气体与空气混合物多组份的特点,考虑爆炸时高温高压等条件对物性参数和输运参数的影响,将真实气体状态方程和气体混合规则引入到数值模型中,提高了气体爆炸数值模型的精度。 通过理论分析和前人研究成果,建立了描述受限空间气体爆炸过程的物理模型和数学模型,并给出了受限空间气体爆炸的初始条件和边界条件。采用EBU-Arrhenius混合反应模型模拟气体爆炸过程,解决了以往数值模型中不能合理地计算湍流燃烧反应速率的问题,提高了数值模拟的精度。为了捕捉气体爆炸涉及到的复杂激波、旋涡结构和移动的火焰面,模拟计算中采用网格自适应加密技术。利用公开发表的文献中的实验数据和已有的气体爆炸理论模型以及热力学模型对建立的数学模型的有效性进行了考核。数值模拟结果与实验数据基本吻合,与理论模型计算值偏差也较小,说明了本论文建立的气体爆炸的数学模型的适用性和准确性。 对管道中均匀混合气体和局部可燃气体爆炸以及障碍物和多爆源条件下气体爆炸传播及其动力学过程进行了数值模拟研究。对于密闭管道内均匀混合气体爆炸,管道内压力和温度随时间增加而增加。火焰阵面前出现膨胀流,火焰面后密度降低。随着爆炸的进行,火焰在管道中从点火端向另一端传播,当火焰传播