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气体泄爆压力分步计算模型及其湍流修正*

2019-06-21高康华邱艳宇王明洋

爆炸与冲击 2019年5期
关键词:实验模型

孙 松,高康华,邱艳宇,王明洋

(陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室,江苏 南京 210007)

可燃性气体因其来源广、热能高、污染小等特点已经成为人们生产、生活中最常用的能源之一;与此同时,频繁发生的气体爆炸事故也给人们的生命财产安全带来了巨大威胁。泄爆是工程实际中最常用的防护措施,研究者们对于泄爆条件下空间内的爆炸压力进行了大量的实验研究[1-5],对气体爆炸的物理过程及各影响因素有了较全面的了解。

同时,出于安全性、经济性和实用性的考虑,研究者们以大量实验为基础结合气体爆炸物理过程进行了理论模型的研究,以期能够预测空间内气体爆炸压力的变化情况。Bradley 等[6]根据守恒方程、理想气体状态方程和等熵压缩方程推导出关于升压速率的偏微分方程组,成为其后理论模型发展的基础。Han 等[7]通过对比模型计算值与实验结果发现,压力计算模型可以较好地描述建筑空间内的压力变化,随后通过模型计算探讨了泄放面积、泄放压力、屋室尺寸、气体浓度和点火位置对爆燃压力的影响。Ugarte 等[8]根据不同点火位置、容器形状在一维等熵泄放模型的基础上对火焰面积、火焰传播速度和外部爆燃压力进行修正,对比发现修正后的模型与实验结果吻合更好。美国防火规范NFPA68-2013[9]中总结大量实验数据得到不同工况下泄爆压力及泄爆面积的简化确定方法,为实际工程防护提供了重要指导。Sustek 等[10]使用常用经验与半经验公式对不同实验工况进行计算,对比发现,由于各经验公式中的参数很多都是基于实验数据拟合得到,因此各公式适用范围较窄,使用经验公式计算不同工况可能会产生较大误差。……

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