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可燃气体爆炸类型

防爆大魔王 2021年03月04日 13:57:42 49 抢沙发
可燃气体爆炸类型摘要: 可燃气体爆炸可分为定压燃烧、定容燃烧、爆燃和爆轰四种模式。...

可燃气体爆炸可分为定压燃烧、定容燃烧、爆燃和爆轰四种模式。

可燃气体爆炸

一、定压燃烧

定压燃烧是指不受限制的敞开式燃烧。在燃烧过程中,由于燃烧产物能及时向后排出,其压力总是与初始环境压力相平衡,所以该系统的压力是恒定的,不会形成压力波,也不会形成破坏力,属于稳定燃烧过程。定压式燃烧的特征参数为定压燃烧速度(或基速),仅与燃料输送速率和化学反应速率有关。大部分碳氢气体与空气的混合物,按化学计量浓度计算,其基本燃烧速度为0.5米/秒;与氧的混合物,其燃烧速度要高一个数量级。

二、定容爆炸

定容爆炸是指在刚性容器内,当可燃混合物均匀地同时点燃时,所发生的一种理想的燃烧过程,但在实际情况下,不太可能均匀地同时点燃,通常是局部点燃。并延伸为整体。在封闭容器内,由于爆炸过程的快速进行,形成了与定容爆炸不同的爆炸参数,可采用定容爆炸模型进行处理。在定容爆炸过程中,容器体积保持不变,混合气密度保持不变,压力随着化学能释放量的增加而增大。对于大部分烃类气体与空气的混合物,在化学计量浓度下,定容爆炸的定容压力约为初始压力的7~9倍。

三、爆燃

若在燃气燃烧过程中,火焰受到限制,或由于干扰,火焰在预混燃气中逐渐加速,则会产生一定的压力,形成压力波,这种过程称为爆燃。爆燃过程中存在压力波,而爆燃过程中则不同于定压燃烧。压力波以亚音速前进,通常行进在火焰阵前,而火焰阵面则以亚音速相对于未燃气体传播,这是与爆轰不同之处。爆炸过程受外部环境和物理因素的影响较大。在工业爆炸事故中,大多数都是爆燃形式,如密封容器中的可燃气体爆炸过程一般属于爆燃性质。前驱冲击波干扰在亚音速传播的火焰阵面前面,也就是火焰在被干扰的介质中传播,从而形成了二波三区结构,如图所示。

燃烧过程的二波三区结构

四、爆轰

爆轰是可燃气体爆炸的zui高形式,以产生超音速传播(相对于波前未反应混合物)的有化学反应的冲击波为特征。由于化学反应区的存在可以不断地补充能量而不会衰减,传播过程是一个稳定的传播过程。油气气与空气混合气的爆轰速度大多在1800m/s,而爆轰压力为1.5MPa。

在这几种爆炸模式中,爆燃是一种不稳定的燃烧波传播过程,它可以因约束的减弱,排气及时而使压力波减弱,直至压力波消失,而变为定压燃烧;反之,燃爆后边界约束作用增强,燃爆强度增大,火焰加速,直至火焰阵面追上前驱压力波前,两者合二为一,成为具有化学反应的冲击波,进而演变为爆轰。对于易燃气体,如果有形成湍流的加速条件,或者有外加强烈的刺激源,就有可能使其发生爆炸。所以,在预防爆炸危险时,应尽量避免形成火焰加速条件,以免由燃爆变为爆轰。

密封容器内可燃性气体爆炸,本质上是一个燃烧加速发展的过程,属于不稳定流过程,伴随着化学反应。这一过程中,燃烧反应瞬间释放的能量使产物状态(温度、压力)发生突变,这种突变从爆炸源向外传播,形成一种波浪,波浪的性质取决于介质的性质、点燃条件等因素,它可能是压力波,也可能是冲击波,或两者的结合,zui常见的是压力波的发展。


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