圓柱形管道旁側(cè)油氣泄爆實(shí)驗(yàn)研究*

吳松林,杜 揚(yáng),歐益宏,張培理,梁建軍

(1.后勤工程學(xué)院供油工程系，重慶 401311；2.后勤工程學(xué)院基礎(chǔ)部，重慶 401311)

圓柱形管道旁側(cè)油氣泄爆實(shí)驗(yàn)研究*

吳松林1,2,杜 揚(yáng)1,歐益宏1,張培理1,梁建軍1

(1.后勤工程學(xué)院供油工程系，重慶 401311；2.后勤工程學(xué)院基礎(chǔ)部，重慶 401311)

油氣是一種組分復(fù)雜的可燃?xì)怏w，極易發(fā)生爆炸。為了研究油氣在受限空間的泄爆規(guī)律，對(duì)不同體積分?jǐn)?shù)油氣在圓柱形直管道旁側(cè)的單孔和雙孔泄爆進(jìn)行了可視化實(shí)驗(yàn)，獲得了管道內(nèi)外流場(chǎng)的爆炸超壓規(guī)律和管道外流場(chǎng)的火焰特征。發(fā)現(xiàn)油氣泄爆過(guò)程存在未燃?xì)怏w從開(kāi)孔瀉出、形成“蘑菇云”、持續(xù)劇烈燃燒、逐漸熄滅4個(gè)階段。通過(guò)對(duì)最大爆炸超壓的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，獲得了雙孔泄爆可以數(shù)倍分流單孔的外部最大超壓；開(kāi)孔位置距點(diǎn)火端越遠(yuǎn)，孔外最大超壓越大；泄爆中外流場(chǎng)最大超壓遠(yuǎn)大于內(nèi)流場(chǎng)最大超壓等結(jié)論。

爆炸力學(xué)；泄爆；超壓；油氣；圓柱形管道

可燃?xì)怏w在受限空間內(nèi)的爆炸一般會(huì)引起極大的爆炸超壓[1-2]，導(dǎo)致災(zāi)難性事故的發(fā)生。為了防止氣體爆炸帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，人們通過(guò)實(shí)驗(yàn)深入研究了可燃?xì)怏w利用泄爆管在柱形腔體[3-9]、球形容器[10-15]的泄爆過(guò)程，以及通過(guò)導(dǎo)管直接連接的不同容器[16]的泄爆過(guò)程。獲得了單質(zhì)可燃?xì)怏w在不同開(kāi)口面積容器內(nèi)部的爆炸超壓規(guī)律、傳播特性，或者外部流場(chǎng)的二次爆炸特性等，而對(duì)容器內(nèi)外流場(chǎng)相結(jié)合，對(duì)不同部位的開(kāi)孔，多個(gè)開(kāi)孔的泄爆過(guò)程研究比較少。

油氣是汽油的揮發(fā)物，是以輕質(zhì)烷烴為主要組分的復(fù)雜混合物。由于油氣在油料洞庫(kù)、儲(chǔ)罐、管道、隧道、地下建筑等受限空間中比較容易聚集，又容易滿(mǎn)足爆炸的條件，因此容易造成重大的爆炸事故?；谶@個(gè)原因，一些作者深入研究了油氣在封閉空間中的爆炸特性[17-18]，獲得了不同于其他可燃?xì)怏w爆炸的成果，而對(duì)油氣的泄爆過(guò)程還未有相關(guān)深入研究。

本文中通過(guò)內(nèi)外流場(chǎng)相結(jié)合的可視化泄爆實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，深入研究油氣在圓柱形直管道旁側(cè)單孔、雙孔下的泄爆過(guò)程，獲得管道內(nèi)外流場(chǎng)的壓力特征，管道外流場(chǎng)的火焰特征，獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)和可視化成果可豐富受限空間油氣爆炸成果，為消防安全等提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)試系統(tǒng)

圖1 多功能智能點(diǎn)火器Fig.1 Multifunctional intelligent ignition device

主實(shí)驗(yàn)裝置為一段長(zhǎng)1.7 m、半徑200 mm的圓柱形直管道，左右兩端用法蘭封閉。管道側(cè)面有2個(gè)觀察窗，對(duì)應(yīng)的上端旁側(cè)有2個(gè)直徑120 mm的開(kāi)孔，開(kāi)孔用法蘭或者薄膜(破膜壓力約600 Pa)封閉。自制點(diǎn)火電極安裝在管道一端的法蘭中心，通過(guò)線(xiàn)纜與自主設(shè)計(jì)的多功能電點(diǎn)火器(見(jiàn)圖1)相連，點(diǎn)火能量范圍為0.1～6.9 J，本文實(shí)驗(yàn)中點(diǎn)火能量為3 J。油氣霧化循環(huán)系統(tǒng)主要由汽化裝置、真空泵、安全閥門(mén)和導(dǎo)氣管組成。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)主要由壓力動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)、油氣體積分?jǐn)?shù)測(cè)試系統(tǒng)、高速攝像等組成。壓力動(dòng)態(tài)變化由7支泰斯特壓力傳感器測(cè)試，測(cè)試頻率為100～300 kHz，測(cè)試壓力量程為0～2 MPa，壓力采集分析軟件為DAP6.13版。濃度測(cè)試系統(tǒng)為GXH-1050紅外線(xiàn)分析器和日本COSMOS電子有限公司生產(chǎn)的FGA-4100(5G)汽車(chē)排氣分析儀。高速攝像拍攝最大速度為1 000 s-1。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)試系統(tǒng)連接情況如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置及系統(tǒng)連接示意圖Fig.2 Diagram of experimental setup

主要實(shí)驗(yàn)步驟：首先，按圖2布置好各種儀器和設(shè)備，檢查線(xiàn)路；其次，調(diào)試、校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)，使系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，清理現(xiàn)場(chǎng)；然后，啟動(dòng)真空泵，將93#汽油經(jīng)過(guò)氣體霧化系統(tǒng)循環(huán)輸入到管道中，期間，通過(guò)氣體濃度測(cè)試裝置進(jìn)行多次、多個(gè)位置油氣濃度測(cè)量，保證油氣在坑道中均勻分布，達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需濃度，關(guān)閉安全閥；再然后，啟動(dòng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，通過(guò)內(nèi)觸發(fā)，觸發(fā)壓力測(cè)試系統(tǒng)，記錄壓力曲線(xiàn)，同時(shí)通過(guò)高速攝像機(jī)攝制火焰發(fā)展過(guò)程；最后，打開(kāi)法蘭，用吹風(fēng)機(jī)吹掃，排出廢氣，進(jìn)行分析、處理數(shù)據(jù)和視頻，獲得相關(guān)結(jié)果。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了對(duì)比研究，完成了體積分?jǐn)?shù)為0.9%～1.55%的油氣在封閉空間爆炸實(shí)驗(yàn)、單孔開(kāi)口泄爆實(shí)驗(yàn)和雙孔開(kāi)口泄爆實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的環(huán)境溫度為(14±2) ℃，環(huán)境濕度為(25.6±5)%，環(huán)境壓力為1.015×105Pa。

2.1 封閉空間油氣爆炸的壓力特征

圖3 封閉空間油氣爆炸的壓力曲線(xiàn)(φ=1.25%)Fig.3 Curves of pressure for gasoline-air explosion in closed space(φ=1.25%)

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，因受限空間條件、油氣特性的影響，油氣在受限空間爆炸后不同位置的壓力曲線(xiàn)可能有多個(gè)波峰，相同體積分?jǐn)?shù)的壓力曲線(xiàn)也略有差別。圖3描繪了體積分?jǐn)?shù)為1.25%的油氣在受限空間爆炸的一組典型壓力曲線(xiàn)。B點(diǎn)壓力曲線(xiàn)呈現(xiàn)多峰狀，最大超壓為135 kPa；而C點(diǎn)壓力曲線(xiàn)呈現(xiàn)為雙峰狀，最大壓力達(dá)到了230 kPa。由于C點(diǎn)緊鄰管道一端，它的第2個(gè)壓力峰值應(yīng)該是反射波造成的。從圖3來(lái)看，當(dāng)B點(diǎn)壓力達(dá)到最大超壓時(shí)，C點(diǎn)壓力卻處于雙峰中間的波谷，說(shuō)明了沖擊波在B與C之間得到了加強(qiáng)。

2.2 單孔泄爆基本特征

2.2.1 單孔泄爆的主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)

將開(kāi)孔1或者開(kāi)孔2單獨(dú)打開(kāi)，其他孔和端口封閉，完成單孔泄爆實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的主要參數(shù)情況見(jiàn)表1。表中，p表示最大超壓，火焰最大高度h是火焰以孔口為基點(diǎn)的最大燃燒高度,火焰持續(xù)時(shí)間t表示的是在孔外燃燒火焰從出現(xiàn)到完全熄滅經(jīng)歷的時(shí)間。

表1 單孔泄爆實(shí)驗(yàn)的主要參數(shù)Table 1 Main parameters of single pore venting explosion test

從表1可以得出如下結(jié)論：

(1)當(dāng)開(kāi)孔1泄爆時(shí)，各點(diǎn)的壓力、火焰最大高度基本隨著體積分?jǐn)?shù)的增加而增加(見(jiàn)圖4)，其中泄爆孔外部的最大超壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于容器內(nèi)部的最大超壓。但是從火焰持續(xù)時(shí)間看，油氣體積分?jǐn)?shù)較小或者較大，持續(xù)時(shí)間都較短，而在體積分?jǐn)?shù)為1.13%時(shí)，火焰持續(xù)時(shí)間達(dá)到了最大為5.6 s。

(2)當(dāng)開(kāi)孔2泄爆時(shí)，與同體積分?jǐn)?shù)開(kāi)孔1泄爆相比，開(kāi)口的最大超壓和火焰最大高度都大得多，主要原因應(yīng)該是火焰前鋒和壓力波耦合加速的距離長(zhǎng)所致。

圖4 油氣體積分?jǐn)?shù)與最大超壓、火焰最大高度的關(guān)系Fig.4 Gasoline-air volume fraction vs. maximum overpressure and flame altitude

2.2.2 外流場(chǎng)可視化結(jié)果

將體積分?jǐn)?shù)為1.50%和1.13%的油氣在開(kāi)孔1泄爆的外流場(chǎng)視頻進(jìn)行截圖，獲得火焰變化過(guò)程如圖5所示。

通過(guò)對(duì)圖5和視頻的分析，可得如下結(jié)論：

(1)外流場(chǎng)爆炸過(guò)程可歸納為4個(gè)階段。第1階段，氣體在管道內(nèi)發(fā)生爆炸，薄膜被掀開(kāi)，未燃?xì)怏w從開(kāi)孔瀉出，沒(méi)有火焰出現(xiàn)；第2階段，火焰從泄孔射出，與未燃?xì)怏w一道在孔口外爆燃，形成“蘑菇云”，“蘑菇云”重心偏向一側(cè)。第3階段，氣體持續(xù)射流燃燒，這個(gè)階段持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，火焰也最長(zhǎng)，燃燒速度也最快，火焰顏色幾乎變成了白色。第4階段為火焰的熄滅階段，火焰不穩(wěn)定，顏色變淡，長(zhǎng)度逐漸減小。

(2)通過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)有3個(gè)明顯特點(diǎn)：油氣的體積分?jǐn)?shù)越高，第2階段形成的“蘑菇云”面積越大，“蘑菇云”的傘柄越短；油氣體積分?jǐn)?shù)越高，第3階段形成的射流火焰越長(zhǎng)，持續(xù)燃燒過(guò)程越穩(wěn)定；油氣的體積分?jǐn)?shù)越高，熄滅階段出現(xiàn)了火焰的再次增強(qiáng)、變厚，可能有多次壓力峰值。

與開(kāi)孔1泄爆相比，開(kāi)孔2泄爆實(shí)驗(yàn)的外流場(chǎng)類(lèi)似。只是最大超壓更大，火焰長(zhǎng)度更長(zhǎng)，爆炸聲音更大，持續(xù)時(shí)間更短。

圖5 兩種油氣體積分?jǐn)?shù)的外流場(chǎng)火焰變化過(guò)程Fig.5 Flame changing processes of the outflow field induced by two gasoline-air volume fractions

2.2.3 內(nèi)外流場(chǎng)壓力變化規(guī)律

圖6是油氣體積分?jǐn)?shù)為1.13%時(shí)，內(nèi)外流場(chǎng)中B、C和D點(diǎn)的壓力曲線(xiàn)。

從內(nèi)流場(chǎng)的壓力曲線(xiàn)來(lái)看，B點(diǎn)的壓力呈單峰，最大超壓為52 kPa，然后出現(xiàn)了負(fù)壓；D點(diǎn)的壓力先是震蕩，然后出現(xiàn)了短時(shí)間的峰值，最大超壓為15 kPa，最后呈現(xiàn)一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間單峰，最大超壓達(dá)到了21 kPa。

從外流場(chǎng)壓力曲線(xiàn)來(lái)看，D1點(diǎn)(開(kāi)孔1的正中央，距離開(kāi)口40 mm)出現(xiàn)了2次超壓，最大壓力分別達(dá)到了720、410 kPa。D2點(diǎn)(距開(kāi)孔1邊緣30 mm，開(kāi)口20 mm)出現(xiàn)了多次有規(guī)律的正壓和負(fù)壓的交替震蕩，壓力并不是很大。在D1點(diǎn)出現(xiàn)2次很大的超壓是因?yàn)殚_(kāi)孔1處于點(diǎn)火端700 mm處，內(nèi)部流場(chǎng)出現(xiàn)的正向和逆向沖擊波從開(kāi)孔射出。

通過(guò)以上分析，外流場(chǎng)的壓力比內(nèi)流場(chǎng)高了很多，破壞性很大。但內(nèi)流場(chǎng)持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。圖7是同樣體積分?jǐn)?shù)下開(kāi)孔2泄爆的外流場(chǎng)壓力曲線(xiàn)。

圖7 開(kāi)孔2泄爆過(guò)程中外流場(chǎng)壓力曲線(xiàn)(φ=1.13%)Fig.7 Curves of pressure for internal and external flow field in the process ofventing explosion for pore 2(φ=1.13%)

從圖7可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)僅有開(kāi)孔2泄爆時(shí)，E1點(diǎn)出現(xiàn)了3次壓力峰值，最大超壓分別是740、505、250 kPa，而E2點(diǎn)并未出現(xiàn)壓力震蕩，最大超壓為90 kPa。

2.3 雙孔泄爆基本特征

將兩個(gè)開(kāi)孔同時(shí)打開(kāi)，進(jìn)行雙孔泄爆實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)主要參數(shù)如表2所示。

表2 雙孔泄爆實(shí)驗(yàn)主要參數(shù)Table 2 Main parameters for venting explosion test for the double cores

由表2可以發(fā)現(xiàn)，隨著體積分?jǐn)?shù)的增加，各點(diǎn)的最大超壓，火焰最大高度基本呈遞增趨勢(shì)，持續(xù)時(shí)間反而降低。由于存在泄孔，A點(diǎn)最大超壓大于B點(diǎn)和C點(diǎn)的最大超壓。與開(kāi)孔1的最大超壓相比，開(kāi)孔2的最大超壓較大，火焰最大高度較高。

2.3.1 外流場(chǎng)可視化結(jié)果

將體積分?jǐn)?shù)為1.40%的油氣在兩個(gè)開(kāi)孔同時(shí)泄爆的外流場(chǎng)視頻進(jìn)行截圖，得到如圖8所示的火焰變化過(guò)程。

由圖8的前3幅圖可以看出，開(kāi)孔1的火焰已經(jīng)出現(xiàn)“蘑菇云”，而開(kāi)孔2還沒(méi)有火焰出現(xiàn)。第4幅圖中開(kāi)孔2的“蘑菇云”不明顯，主要原因是破膜壓力已將薄膜沖開(kāi)，油氣散失了一些。在泄爆第3階段，開(kāi)孔2外流場(chǎng)火焰更高、更穩(wěn)定。從最后3幅圖看出，燃燒過(guò)程持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。

2.3.2 內(nèi)外流場(chǎng)壓力變化規(guī)律

圖9是油氣體積分?jǐn)?shù)為1.40%時(shí)，內(nèi)外流場(chǎng)的壓力曲線(xiàn)。

從內(nèi)流場(chǎng)來(lái)看，受2個(gè)開(kāi)孔的原因，A點(diǎn)的最大超壓大于B和C點(diǎn)的最大超壓。A點(diǎn)的壓力曲線(xiàn)仍然呈單峰，最大超壓為28 kPa。B點(diǎn)的壓力仍然呈雙峰，最大超壓分別為10.1、10.0 kPa。C點(diǎn)的第1個(gè)峰壓已經(jīng)不是很明顯，第2個(gè)峰的最大超壓為13.0 kPa。

圖8 雙孔泄爆過(guò)程中外流場(chǎng)火焰變化過(guò)程(φ=1.40%)Fig.8 Flame changing process of outflow filed during the venting explosion for the double cores(φ=1.40%)

圖9 雙孔泄爆過(guò)程中內(nèi)外流場(chǎng)壓力曲線(xiàn)(φ=1.40%)Fig.9 Curves of pressure for internal and external flow field in the process ofventing explosion for the double pores(φ=1.40%)

從外流場(chǎng)來(lái)看，D1點(diǎn)壓力曲線(xiàn)也是呈現(xiàn)為雙峰狀，最大超壓分別達(dá)到170、25 kPa；雙峰中間有一最大負(fù)壓為25 kPa，負(fù)壓出現(xiàn)的原因可能是開(kāi)孔2此時(shí)出現(xiàn)了最大超壓。說(shuō)明了2個(gè)開(kāi)孔有相互影響。E1點(diǎn)壓力主要呈現(xiàn)單峰狀，最大超壓為320 kPa。這樣，開(kāi)孔2的最大超壓大于了開(kāi)孔1的最大超壓。

綜上所述，管道外流場(chǎng)的最大超壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于了內(nèi)流場(chǎng)的最大超壓。

2.4 壓力曲線(xiàn)的對(duì)比分析

對(duì)封閉空間油氣爆炸實(shí)驗(yàn)、單孔、雙孔泄爆實(shí)驗(yàn)的壓力進(jìn)行對(duì)比分析，獲得如下結(jié)論：

(1)3種實(shí)驗(yàn)中，封閉空間的內(nèi)流場(chǎng)最大超壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有開(kāi)孔的內(nèi)流場(chǎng)壓力，但小于開(kāi)孔外的最大超壓;

(2)1個(gè)泄孔外最大超壓小于2個(gè)泄孔外的最大超壓;

(3)開(kāi)孔位置距點(diǎn)火端越遠(yuǎn)，開(kāi)孔外最大超壓越大;

(4)在實(shí)驗(yàn)油氣體積分?jǐn)?shù)區(qū)間內(nèi)，體積分?jǐn)?shù)越大，相應(yīng)的壓力越大。

3 結(jié) 論

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)裝置下油氣爆炸實(shí)驗(yàn)，獲得的主要結(jié)論如下：

(1)通過(guò)高速攝像，獲得了單孔、雙孔泄爆外流場(chǎng)火焰發(fā)展過(guò)程。油氣泄爆過(guò)程可歸納為4個(gè)階段，分別是薄膜被掀開(kāi)，未燃?xì)怏w從開(kāi)孔瀉出；火焰形成“蘑菇云；火焰持續(xù)劇烈燃燒；火焰逐漸熄滅。

(2)通過(guò)對(duì)比不同油氣體積分?jǐn)?shù)在封閉空間的爆炸，單孔、雙孔泄爆實(shí)驗(yàn)，獲得了管道不同位置的壓力變化曲線(xiàn)特征，以及最大超壓、開(kāi)孔外火焰的最大高度和火焰持續(xù)時(shí)間等參數(shù)。數(shù)據(jù)分析表明，封閉空間的內(nèi)流場(chǎng)最大超壓遠(yuǎn)大于開(kāi)孔泄爆內(nèi)流場(chǎng)最大超壓，而開(kāi)孔泄爆的外流場(chǎng)最大超壓遠(yuǎn)大于內(nèi)流場(chǎng)最大超壓，多孔泄爆可以分流最大超壓等。

[1] Scheid M, Geiβler A, Krause U. Experiments on the influence of pre-ignition turbulence on vented gas and dust explosions[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2006,19(2):194-199.

[2] Zhang Peili, Du Yang, Zhou Yi, et al. Explosions of gasoline air mixture in the tunnels containing branch configuration[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2013,26(6):1279-1284.

[3] 胡俊,萬(wàn)士昕,浦以康,等.柱形容器開(kāi)口泄爆過(guò)程中的火焰?zhèn)鞑ヌ匦訹J].爆炸與沖擊,2004,24(4):330-336. Hu Jun, Wan Shixin, Pu Yikang, et al. The characteristics of f lame propagation during explosion venting from cylindrical vessel[J]. Explosion and Shock Waves, 2004,24(4):330-336.

[4] Kasmania R M, Andrews G E, Phylaktou H N. Experimental study on vented gas explosion in a cylindrical vessel with a vent duct[J]. Process Safety and Environmental Protection, 2013,91(4):245-252.

[5] Cammarota F, Benedetto A D, Russo P, et al. Experimental analysis of gas explosions at non-atmospheric initial conditions in cylindrical vessel[J]. Process Safety and Environmental Protection, 2010,88(5):341-349.

[6] Movileanu C, Gosa V, Razus D. Explosion of gaseous ethylene-air mixtures in closed cylindrical vessels with central ignition[J]. Journal of Hazardous Materials, 2012,235(2):108-115.

[7] 董冰巖,彭旭.泄爆面積對(duì)柱形容器泄爆過(guò)程壓力影響[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2012,38(12):47-51. Dong Bingyan, Peng Xu. Influences of Vent Area on Pressure Development of Cylindrical Vessels Explosion Vent[J]. Industrial Safety and Environmental Protection, 2012,38(12):47-51.

[8] Ferrara G, Willacy S K, Phylaktou H N, et al. Venting of gas explosion through relief ducts: Interaction between internal and external explosions[J]. Journal of Hazardous Materials, 2008,155(1/2):358-368.

[9] Dong Bingyan, Huang Peiyu, Peng Xu. Numeral simulation on the venting explosion process of methane and propane gas in closed cylindrical vessel[J]. Procedia Engineering, 2012,45(3):448-452.

[10] Razus D, Movileanua C, Oance D. The rate of pressure rise of gaseous propylene-air explosions in spherical and cylindrical enclosures[J]. Journal of Hazardous Materials, 2007,139(1):1-8.

[11] 周燦,王志榮,蔣軍成.球形容器小口泄爆壓力變化特性[J].實(shí)驗(yàn)流體力學(xué),2013,27(4):62-65. Zhou Can, Wang Zhirong, Jiang Juncheng. Change characteristics of gas explosion venting pressure inside spherical vessel with a small caliber[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanic, 2013,27(4):62-65.

[12] Yan Xingqing, Yu Jianliang, Gao Wei. Duct-venting of dust explosions in a 20 L sphere at elevated static activation overpressures[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2014,32:63-69.

[13] 姜孝海,范寶春,葉經(jīng)方.泄爆誘導(dǎo)的湍流、旋渦和外部爆炸[J].應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué), 2004,25(12):1271-1277. Jiang Xiaohai, Fan Baochun, Ye Jinfang. Turbulence, Vortex and External Explosion Induced by Venting[J]. Applied Mathematics and Mechanics, 2004,25(12):1271-1277.

[14] 王志榮,潘沫羽,蔣軍成.泄爆外部壓力變化特性的影響因素[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào),2013,14(5):535-539. Wang Zhijun, Pan Moyu, Jiang Juncheng. Influencing factors of external pressure characteristic induced by venting gas explosion[J]. Journal of PLA University of Science and Technology, 2013,14(5):535-539.

[15] 姜孝海,范寶春,葉經(jīng)方,等.泄爆過(guò)程中二次爆炸的動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究[J].力學(xué)學(xué)報(bào),2005,37(4):442-449. Jiang Xiaohai, Fan Baochun, Ye Jing-fang, et al. Dynamics in external secondary explosion during venting[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2005,37(4):442-449.

[16] Zhang Qingwu, Jiang Juncheng, You Mingwei, et al. Experimental study on gas explosion and venting process in interconnected vessels[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2013,26:1230-1237.

[17] 杜揚(yáng),歐益宏,吳英,等.熱壁條件下油氣的熱著火現(xiàn)象[J].爆炸與沖擊,2009,29(3):268-274. Du Yang, Ou Yihong, Wu Ying, et al. Thermal ignition phenomena of gasoline-air mixture induced by hot wall[J]. Explosion and Shock Waves, 2009,29(3):268-274.

[18] Ou Yihong, Du Yang, Jiang Xinshen, et al. Study on the thermal ignition of gasoline-air mixture in underground oil depots based on experiment and numerical simulation[J]. Journal of Thermal Science, 2010,19(2):173-181.

(責(zé)任編輯 曾月蓉)

Experimental study for lateral gasoline-air venting explosion in cylindrical pipeline

Wu Songlin1,2, Du Yang1, Ou Yihong1, Zhang Peili1, Liang Jianjun1

(1.DepartmentofPetroleumSupplyEngineering,LogisticalEngineeringUniversity,Chongqing401311,China;2.DepartmentofFundamentalStudies,LogisticalEngineeringUniversity,Chongqing401311,China)

Gasoline-air, being composed of combustible components, is apt to brings about explosion accidents. In order to study the laws governing its venting explosion in a confined space, we carried out visualization experiments on a single pore and double pores laterally situated along the shell of a cylindrical pipeline with different gasoline-air volume fractions, obtained some flame characteristics of outflow field and regularities of explosion overpressure for the pipeline’s internal and external flow, and found out the four stages of the venting explosion including the flam eventing from the pore, the mushroom-cloud forming, the gradual violent burning and extinguishing. Through a comparative analysis of the data of explosion overpressure, we found that the external maximum overpressure of the double pores was several times larger than that of the single pore, and that the farther away from the ignition end, the bigger the maximum overpressure of the internal flow field.

mechanics of explosion; venting explosion; overpressure; gasoline-air; cylindrical pipeline

10.11883/1001-1455(2016)05-0680-08

2015-03-04； < class="emphasis_bold">修回日期：2015-06-10

2015-06-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51276195)；重慶市基礎(chǔ)與前沿研究計(jì)劃項(xiàng)目 (cstc2013jcyjA00006)

吳松林(1973— )，男，博士研究生，副教授,wusonglin100@163.com。

O389 <國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼：13035 class="emphasis_bold"> 國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼：13035 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼：13035

A