多元爆炸性混合气体爆炸极限预测

多元爆炸性混合气体爆炸极限预测

作品简介

本作品针对目前对多元爆炸性混合气体的研究相对较少且研究的深度与广度远远不能满足安全生产的需要的情况，建立了多元可燃混合气体爆炸上限的理论预测模型以及提出了基于绝热火焰温度混合气体爆炸下限的预测方法，有效地借助理论方法对多元混合气体的爆炸极限进行快速估算或预测，弥补单纯实验研究方法的缺陷与不足，更加精确地预测多元混合气的爆炸极限，为相关的企业或部门对多元可燃气体爆炸提供重要的参考指标，避免或减少爆炸带来的重大损失。 作品原理

⑴传统的理论预测方法存在的问题

① 理查特里公式法：对大多数可燃性混合气体的计算会出现较大偏差，不适用于含有乙烯、乙炔的

混合气体

② 浓度回归法：仅考虑混合气体爆炸极限与各组分体积浓度间的统计学规律，未考虑物理化学因素对爆炸极限的影响，导致所建模型缺乏物理意义 ⑵提出的爆炸极限理论预测原理

1 理化参数回归法（上限）

采用混合气体的组成、化学计量浓度、燃烧热、临界压力以及扩散系数作为表征可燃混合气体爆炸上限模型的输入参数， 根据目标函数与多变量参数之间的非线性关系的数学方程：

UFL a ( ciXi) b( ciXi)2 c( ciXi)3 d( ciXi)4

i 1

i 1

i 1

i 1

4

4

4

4

采用DPS数据处理系统实现多元非线性回归分析。

再进行模型的验证与预测结果的精确度，最后对模型的稳定性分析

2 绝热火焰温度法（下限）

绝热火焰温度的计算是近似地把燃烧反应看成绝热反应，反应释放的热量全部用于体系升温。燃烧反应通常在恒压条件下进行，因而Qp H 0，进而利用 H= 0计算出绝热火焰温度，查出初始温度及绝热火焰温度时的生成焓。

根据燃烧化学反应的能量守恒方程得到爆炸下限的计算公式：

cLFL 100/(1 gf H

f

[

gCnC gHnH gOnO)

由于烃类物质的绝热火焰温度很接近，可以认为对于混合气体其绝热火焰温度是不变的。为了更准确的计算爆炸下限，对不同的可燃物质其爆炸下限处的绝热火焰温度应当分别计算。

可采用下式来估算混合气体绝热火焰温度：Tad,mix xiTad,i x1Tad,1 x2Tad,2 混合气体的标准生成

i

焓可以表示 H x1 H1 x2 H2。 ⑶提出的爆炸极限理论预测方法的优点 1 理化参数回归法（上限）

优点：不需要复杂的理论推导，方法简单，预测准确性高，应用范围广，为多元混合气体爆炸极限的预测提供了一种简便快速、准确可靠的方法，有望解决混合气体爆炸极限基础数据缺乏的问题。同时，所建模型还具有较强的理论基础及物理意义，能够根据预测模型研究并确定对爆炸极限起决定作用的理化因素，探索这些因素对爆炸极限的影响规律，从而为混合物配置及防火防爆等工作指明方向。

2 绝热火焰温度法（下限）

优点：恒定绝热火焰温度（CAFT）法则主要通过在爆炸极限处，观测链烷烃所具有的恒定绝热火焰温度来实现爆炸极限的预测。该方法最大的优点点是以化学热力学为基础，受化学反应动力学的影响不大，因此一般仅限于预测混合气体的爆炸下限。但对链烷烃预测精确。

⑷创新点

① 首次提出同时运用理化参数回归法、绝热火焰温度法分别对爆炸上限、下限进行理论预测 ②全面地对自己提出的理论预测方法与前人提出的预测方法进行比较和分析，对预测结果与文献值误差进行分析，寻求更为精确地理论预测方法。

成果先进性与可行性分析

(1)成果先进性

对“多元爆炸性混合气体爆炸极限预测”研究进行国内外查新，查新报告结果显示示：目前国内外尚无相关报道。说明本课题提出的多元爆炸性混合气体爆炸极限预好的参考价值

(2)可行性分析

目前本课题提出的“多元爆炸性混合气体爆炸极限预测”研究，结果显示可以较好的实现混合气体爆炸控制，改善目前频发的爆炸事故。具有较高的实际应用价值。 研究项目已取得成果 1 获奖情况

获南京工业大学城市建设与安全工程学院2010年本科生科技创新论坛2等奖