密闭设备内可燃气体的爆燃会使设备受到严重破坏,造成财产损失和人员伤亡。目前,为了防止可燃气体爆燃,既经济又有效的方法是在设备上安装超压泄放装置。因此研究整个爆燃泄放过程有助于进一步探讨可燃气体爆燃泄放安全设计方法。在各种研究方法中,实验研究由于受到场地条件、测试手段以及经费的限制而不能得到普遍的规律;对于爆燃泄放过程的发展规律理论求解亦较困难;随着对爆燃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)本文以李克山无约束爆燃泄放模型为基础,通过对点火位置,火焰面积,燃烧速度,泄放约束条件的改进,建立了一个基于物理关系的可燃气体爆燃泄放数学模型。利用四阶龙格-库塔算法编制了计算程序,对柱形容器内可燃气体爆燃泄放过程进行了数值计算。经文献中的实验数据考核比较,本文所编制的设计计算系统具有较好的通用性,计算值偏差在士20%左右。 (2)本文借助MATLAB语言进行了图形用户界面设计,建立了数值计算设计系统。该系统包括可燃气体爆燃泄放过程参数计算及泄放冲击载荷计算。此系统提供了多种可燃气体物性参数的子模块,用户可随时调用亦可通过自定义添加其它种类的可燃气体物性参数来模拟其爆燃泄放过程。系统同时提供了在泄放冲击力作用下容器及支座各截面因受冲击力而产生的应力和弯矩的计算,以供用户在进行化工容器设计时参考。 (3)对于柱形容器内可燃气体爆燃泄放过程,经本文设计程序计算结果表明,相比于密闭端和泄放口端点火,中心点火时的爆燃泄放升压最高,并且左右火焰面的火焰传播速度不同;可燃介质的种类及浓度对密闭爆燃情况影响显著,对于爆燃泄放过程影响并不显著。 (4)对于爆燃泄放过程中设备受到的冲击力以及由于泄放口位置的不对称性导致的设备在泄放过程中的动态不平衡,设计设备时必须考虑冲击力的作用时间的积累。利用本文编制的程序对爆燃泄放冲击载荷作用时间进行了分析讨论。