液化石油气安全管理论文提纲

论文题目：二甲醚/丙烷爆炸特性的实验及模拟研究

摘要：随着能源安全和环境保护意识的提高,二甲醚（DME）作为新世纪的理想燃料具有优良的应用前景,近年来DME作为液化石油气的掺混气得到广泛的应用,然而由于操作失误、设备维护检验以及日常安全管理存在缺陷等原因,DME/液化石油气相关的爆炸事故频繁发生。液化石油气的成分往往不是固定的,但是丙烷作为液化石油气的主要成分且可以直接作为液化石油气使用,因此本文结合实验研究、数值模拟以及理论分析研究DME/丙烷以及DME/丙烷/惰性气体的爆炸特性。利用20L球在不同当量比、初始温度、初始压力下研究DME/丙烷及DME/丙烷/惰性气体的爆炸特性。实验结果表明DME的添加能够增大丙烷的爆炸危险性,随着当量比的增加,DME/丙烷的最大爆炸压力、最大压力升高速率先升高后降低,最大爆炸压力到达时间呈现相反的变化趋势;惰性气体的稀释造成最大爆炸压力、最大压力升高速率下降,然而在当量比0.7条件下,随着氮气稀释比例增加,最大爆炸压力、最大压力升高速率波动变化;随着初始温度的增加,最大爆炸压力降低,最大压力升高速率基本保持不变;随着初始压力的增加,最大爆炸压力以及最大压力升高速率增大,然而在惰性气体稀释比例较高的情况下,随着初始压力升高,DME/丙烷/惰性气体的最大压力升高速率基本保持不变;相比氮气来说,二氧化碳对爆炸过程具有更好的抑制效果;利用拟合公式建立初始温度、惰性气体稀释比例、最大爆炸压力以及初始压力、惰性气体稀释比例、最大爆炸压力的预测模型。在实验基础上通过数值模拟得到DME/丙烷以及DME/丙烷/惰性气体的爆炸温度、最大爆炸压力、自由基。结果表明在当量比略大于1、低惰性气体稀释比例的情况下最大爆炸压力的实验值大于模拟值;在低当量比、高当量比以及惰性气体稀释比例较高的情况下最大爆炸压力的模拟值大于实验值;DME能够提高丙烷的爆炸温度以及自由基浓度,随着当量比的增加,DME/丙烷的爆炸温度、自由基摩尔分数先升高后降低;惰性气体的稀释造成爆炸温度、自由基摩尔分数降低,然而在当量比0.7条件以及当量比1.0条件下存在氮气稀释造成H自由基浓度升高的现象;初始温度的升高造成爆炸温度、自由基摩尔分数增加;初始压力的增加造成爆炸温度上升、自由基浓度降低;DME/丙烷/二氧化碳的爆炸温度以及自由基浓度摩尔分数显著低于DME/丙烷/氮气。最后利用CHEMKIN从微观层面对密闭环境中DME/丙烷的爆炸过程进行模拟。模拟结果表明相比于爆炸压力升高的时间,反应分子明显降低的时间提前;反应分子分解形成H、OH、O自由基的过程爆炸压力呈现迅速上升的趋势;爆炸温度及爆炸压力几乎同步变化;惰性气体的添加能够降低自由基浓度以及爆炸强度,然而少量氮气能够促进H自由基浓度升高。

关键词：DME/丙烷;爆炸特性;惰性气体;自由基;爆炸温度

学科专业：安全工程（专业学位）

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 二甲醚及其掺混燃料燃烧特性研究

1.2.2 二甲醚及掺混燃料爆炸特性实验研究

1.2.3 二甲醚及其掺混燃料理论及数值模拟研究

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第二章 理论基础与数值模拟软件介绍

2.1 爆炸热力学及动力学理论

2.1.1 爆炸热力学理论

2.1.2 爆炸动力学理论

2.2 可燃气体爆炸理论

2.3 惰性气体抑爆理论

2.4 可燃气体爆炸参数及影响因素

2.4.1 燃爆特性参数

2.4.2 爆炸参数影响因素

2.5 CHEMKIN软件介绍

2.6 本章小结

第三章 无惰性气体存在条件下二甲醚/丙烷爆炸特性研究

3.1 特殊环境气体粉尘爆炸参数试验装置概述

3.1.1 实验装置基本情况

3.1.2 技术指标

3.1.3 实验仪器优点

3.2 实验研究概述

3.2.1 实验程序

3.2.2 实验方案

3.2.3 实验设备可靠性检验

3.3 当量比对二甲醚/丙烷爆炸特性影响

3.3.1 当量比、二甲醚混合比对二甲醚/丙烷最大爆炸压力及其到达时间的影响

3.3.2 当量比、二甲醚混合比对二甲醚/丙烷最大压力升高速率的影响

3.3.3 当量比、二甲醚混合比对二甲醚/丙烷爆燃指数的影响

3.4 二甲醚/丙烷爆炸温度的变化

3.4.1 爆炸温度与二甲醚混合比的关系

3.4.2 爆炸温度与当量比的关系

3.5 二甲醚/丙烷自由基的变化

3.5.1 自由基浓度与二甲醚混合比的关系

3.5.2 自由基浓度与当量比的关系

3.6 初始温度对二甲醚/丙烷爆炸特性影响

3.7 初始压力对二甲醚/丙烷爆炸特性影响

3.8 本章小结

第四章 惰性气体存在条件下二甲醚/丙烷爆炸特性研究

4.1 惰性气体对二甲醚/丙烷最大爆炸压力的影响

4.1.1 当量比对二甲醚/丙烷/惰性气体最大爆炸压力的影响

4.1.2 初始温度对二甲醚/丙烷/惰性气体最大爆炸压力的影响

4.1.3 初始压力对二甲醚/丙烷/惰性气体最大爆炸压力的影响

4.2 惰性气体对二甲醚/丙烷最大压力升高速率的影响

4.2.1 当量比对二甲醚/丙烷/惰性气体最大压力升高速率的影响

4.2.2 初始温度对二甲醚/丙烷/惰性气体最大压力升高速率的影响

4.2.3 初始压力对二甲醚/丙烷/惰性气体最大压力升高速率的影响

4.3 惰性气体对二甲醚/丙烷爆燃指数的影响

4.3.1 当量比对二甲醚/丙烷/惰性气体爆燃指数的影响

4.3.2 初始温度对二甲醚/丙烷/惰性气体爆燃指数的影响

4.3.3 初始压力对二甲醚/丙烷/惰性气体爆燃指数的影响

4.4 惰性气体对二甲醚/丙烷自由基的影响

4.4.1 当量比对二甲醚/丙烷/惰性气体自由基的影响

4.4.2 初始温度对二甲醚/丙烷/惰性气体自由基的影响

4.4.3 初始压力对二甲醚/丙烷/惰性气体自由基的影响

4.5 惰性气体对二甲醚/丙烷爆炸温度的影响

4.5.1 当量比对二甲醚/丙烷/惰性气体爆炸温度的影响

4.5.2 初始温度对二甲醚/丙烷/惰性气体爆炸温度的影响

4.5.3 初始压力对二甲醚/丙烷/惰性气体爆炸温度的影响

4.6 二甲醚/丙烷/惰性气体最大爆炸压力模型建立

4.6.1 二甲醚/丙烷/氮气最大爆炸压力模型建立

4.6.2 二甲醚/丙烷/二氧化碳最大爆炸压力模型建立

4.7 本章小结

第五章 二甲醚/丙烷反应动力学分析

5.1 模型建立

5.1.1 化学动力学模型选择

5.1.2 化学机理选择

5.1.3 反应初始条件

5.2 二甲醚/丙烷爆炸过程动力学分析

5.3 二甲醚/丙烷/惰性气体爆炸过程动力学分析

5.3.1 惰性气体对二甲醚/丙烷爆炸过程温度、压力的影响

5.3.2 惰性气体对二甲醚/丙烷爆炸过程反应物浓度的影响

5.3.3 惰性气体对二甲醚/丙烷爆炸过程自由基浓度的影响

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢