处理可燃气体设备安全设计与软件开发

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 可燃气体的燃烧爆炸
• 1.2 可燃气体的爆燃泄放
• 1.3 研究现状和发展
• 1.3.1 实验研究
• 1.3.2 论研究及数值模拟
• 1.4 本文研究内容
• 2 数学模型
• 2.1 李克山模型简介
• 2.2 基本假设及基本方程
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 基本方程
• 2.3 轴线密闭端点火
• 2.3.1 几何模型
• 2.3.2 数学方程
• 2.4 轴线泄放端点火
• 2.4.1 几何模型
• 2.4.2 数学方程
• 2.5 几何中心点火
• 2.5.1 几何模型
• 2.5.2 数学方程
• 2.6 计算流程图
• 2.7 小结
• 3 程序考核及分析
• 3.1 燃烧速度
• 3.1.2 层流燃烧速度
• 3.1.2 燃烧不稳定影响系数
• 3.1.3 泄放湍流扰动系数
• 3.2 物性参数计算
• 3.2.1 爆炸产物组成的简化计算
• 3.2.2 爆炸热效应计算
• 3.3 气体爆燃泄放计算程序考核
• 3.3.1 密闭爆燃程序考核
• 3.3.2 爆燃泄放程序结果考核
• 3.3.3 误差分析及结论
• 3.4 影响因素分析
• 3.4.1 点火位置对爆燃泄放过程的影响
• 3.4.2 可燃气浓度对爆燃泄放最大升压的影响
• 3.4.3 泄放面积对爆燃泄放最大升压的影响
• 3.4.4 初始压力对爆燃泄放最大升压的影响
• 3.5 小结
• 4 设计程序的开发
• 4.1 程序开发环境
• 4.1.1 操作系统
• 4.1.2 开发工具
• 4.1.3 运行条件
• 4.2 程序的整体设计
• 4.2.1 程序的输入参数及目标函数
• 4.2.2 程序设计思想
• 4.2.3 程序流程图
• 4.3 设计程序的应用及举例
• 4.3.1 可燃气体爆燃泄放过程参数计算应用及举例
• 4.3.2 爆燃泄放过程冲击载荷计算应用及举例
• 4.4 小结
• 5 爆炸冲击载荷计算
• 5.1 冲击载荷
• 5.2 爆燃泄放持续时间
• 5.2.1 容器体积与爆燃泄放持续时间的关系
• 5.2.2 泄放面积与爆燃泄放持续时间的关系
• 5.2.3 压力与爆燃泄放持续时间的关系
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 符号说明
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书