连通装置气体泄爆机理及其安全设计方法研究

以工业防灾减灾为背景，综合采用理论分析、图像处理和实验研究的方法，对通过管道连接的连通装置气体泄爆过程进行研究。项目首先通过改变气体浓度、气体种类、初始压力、点火源位置、泄爆口开启压力、泄爆面积、泄爆位置、泄爆口数量等，探索气体泄爆规律及其影响因素。研究揭示气体泄爆过程中装置内气体流动与火焰传播以及泄爆后装置外产生的射流火焰、湍流、激波等动力学特征，寻求泄爆后二次爆炸的发生发展机制，分析二次爆炸伤害效应，预测二次爆炸伤害影响范围，为解决连通装置气体泄爆安全防护问题提供理论支持和科学依据。改变连通装置容积比和连接管道长度和直径，对不同组合的连通装置泄爆进行对比实验，研究建立连通装置泄爆设计准则和安全设计方法。研究成果对于解决连通装置气体泄爆安全设计问题具有重要的工程应用意义，同时对于补充和完善气体泄爆理论具有重要的理论与学术价值。

在理论模型及其相关成果研究的基础上，研究建立了连通装置气体爆炸特性分析与测试系统；建立了含N2、CO2混合气体的甲烷爆炸极限的预测模型；探索了单个容器和连通装置泄爆内外流场动力学特征，主要包括射流火焰、湍流以及泄爆火焰形状和长度的变化等；探索了连通装置气体泄爆规律及其影响因素，研究建立了连通装置平衡泄爆和非平衡泄爆两种泄爆设计准则，绘制了连通装置的气体泄爆计算图表；对连通装置气体泄爆实验数据进行了分析，提出了公式法和线解法等两种泄爆安全设计方法，建立了八种工况下连通装置泄爆安全设计曲线图；对连通装置泄爆外流场压力变化特性、影响因素及其二次爆炸条件进行了实验研究，建立了描述气体泄爆后二次爆炸伤害后果的计算模型；采用Monte-Carlo方法和三维体系碎片抛射方程，对随机参数进行了数值模拟，获得了爆炸容器碎片抛射距离的累积概率分布；基于最大熵原理对储罐爆炸碎片数量概率分布进行了研究，分析了储罐爆炸碎片数量、事故类型与破坏机理的关联性，建立了四类爆炸事故碎片数量的概率分布模型，研究结果为工业上连通装置泄爆安全防护提供理论支持和科学依据。. 本项研究累计发表学术论文38篇，SCI、EI、ISTP收录34篇次，其中，国际会议论文11篇；获得授权发明专利2项和实用新型专利2项，申请发明专利2项，专利技术转让2项；培养博士研究生1名，硕士研究生6名；作为主要研究内容之一，获得国家科技进步二等奖1项，省部级科技成果奖励3项；项目负责人2010年获中国石油和化学工业协会青年科技突出贡献奖；2012年入选江苏省高校“青蓝工程”学术带头人培养计划。