毕设开题报告终极版

1、学号:常州大学毕业设计（论文）开题报告（2015 届）题 目 多孔材料阻隔防爆性能研究学 生张xx学 院环境与安全工程学院专业班级 安全111班校内指导教师欧红香/邢志祥专业技术职务副教授/教授校外指导老师 专业技术职务二。一五年三月常州大学本科生毕业设计（论文）开题报告题目：多孔材料阻隔防爆性能研究1 .课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势1.1 意义随着科技的发展与社会的进步，各种易燃气体，尤其是石油液化气体的生产和使用 在人民生活中愈来愈普遍，大型液化气体、燃料储罐也愈加常见，由于火灾、雷电等原 因造成的储罐爆炸时有发生。由于石油液化气挥发性强、着火温度低、燃烧热值高和空 气混合后形

2、成强烈的爆炸混合物，因此造成的人员伤亡与物质损失十分惨重。近年来由于易燃易爆的化学品引起的火灾爆炸事故频发，已成为我国石油化工工业 发展的瓶颈。因此研究如何提高易燃易爆的化学物品在储存与运输过程中的安全性，提 出切实可行的阻隔防爆措施迫在眉睫。多孔材料由于其本身蜂窝状结构能够将容器划分成许多细小的空间，降低了火焰传播速度与能量释放，破坏燃烧爆炸条件，从而起到防爆效果1。相对于其他材料，多孔材料还具有体积小、质量轻、比表面积大、比强度高、具有良好的吸波减震等特点，因 此在阻隔防爆方面得到深入的研究。但由于其几何结构不规则，本身抑爆特性跟多孔结 构的高热穿性能相互耦合，测试多孔结构内部火焰和压力波

3、变化规律的技术难关还有待 解决，这些难题使得对多孔材料抑爆机理的研究没有突破性的进展，特别是对非金属多孔材料的防爆机理现在还处于实验研究和探索的阶段。进一步开展对多孔材料的研究， 在实践和理论方面不断的丰富抑爆技术和理论，为阻隔防爆新技术提供支持。这将进一 步推动阻隔防爆技术的发展和阻隔防爆材料的研发，对于降低油气储运中易燃易爆危险 化学品引起的火灾爆炸事故的可能和严重性也将产生深远的影响。1.2 国内外多孔阻隔防爆材料防爆机理实验研究现状早期对阻隔防爆机理的实验研究主要集中在微小尺度空间火焰淬熄等方面，如 holm2-3采用烧嘴法对多种可燃气体预混火焰的淬熄直径进行了试验测试，指出小直径 通

4、道对火焰的淬熄作用受到淬熄直径通道壁面材料导热系数等多种因素的显著影响。目前，阻隔防爆机理的国内外相关实验研究主要集中在阻隔防爆条件下的火焰传播，爆炸 冲击波超压分布，孔径、材质等材料自身理化性质及填充密度、留空率等安装方式对爆 炸过程的影响等方面。1.2.1 国外多孔阻隔防爆材料防爆机理实验研究现状sun4等研究了多孔材料对可燃气体的抑爆性能及物理机制，结果表明，金属网和泡沫陶瓷材料对火焰传播和爆炸冲击波上升具有一定的抑制作用，指出金属网较泡沫陶瓷材料具有较好的抗冲击性能，后者较前者具有较好的抗烧结性能，而前者的火焰延迟 效果优于后者。nie等借助断面尺寸20mrk 200mm的直管道研究了

5、 al2o3-sic泡沫陶瓷材料对甲 烷/空气预混气体爆炸过程的影响，发现该材料使爆炸压力降低 50%,同时分析和证实 了该材料在可燃气体爆炸火焰淬熄和抑爆方面的有效性。1.2.2 国内多孔阻隔防爆材料防爆机理实验研究现状南子江等6对自制0.05mm2和0.08mm2种规格的铝合金网状材料抑爆性能进行了系 统研究，揭示了留空率及填充密度对阻隔防爆性能的定性影响规律。喻健良、孟伟7-8等人在较高速范围内研究了多层金属丝网对圆形管道内高速气体 火焰的抑爆过程，以火焰淬熄为主要研究对象，并综合传播速度和压力进行研究，首次 提出了临界淬熄速度、临界淬熄超压和熄爆参数3个概念。研究发现多层金属丝结构确实

6、能削弱火焰传播强度，丝网层数越多，目数越大，丝径越粗，抑爆性能越好。邢志祥9等通过在耐压钢瓶内填充多孔铝合金材料来研究可燃气体爆炸过程，实验得出材料在填充密度35 kg/m3、留空率5%时抑爆性能最好；当网状铝合金材料在容器 内的填充密度一定时，其爆炸压力随着留空率的增加而增加；火焰传播速度在经过防爆 材料时会衰减，降低留空率和增大填充密度可以提高防爆性能。研究还得出了固定填充 密度时燃爆增压与留空率之间的数学拟合公式，但只是对网状铝合金的阻隔防爆效果进行了研究。解立峰10等借助激波管对jfj型特种铝合金阻隔防爆材料在环氧乙烷气体容器中的 阻隔防爆能力及抗氧化能力进行系统研究， 结果证实该材料

7、在抑制火焰速度方面良好的 线性规律以及环氧乙烷气体较好的抗氧化能力。韩志伟11等借助激波管测定了装填铝合金网状抑爆材料、铝镁合金网状抑爆材料和 非金属球形抑爆材料的汽油蒸气/空气预混气体爆炸冲击波超压和火焰传播速度，证实3 种抑爆材料对汽油蒸气/空气预混气体爆炸火焰良好的抑制作用，并指出非金属球形抑爆 材料的抑爆性能最佳。这也是首次对不同材料的多孔材料阻隔防爆性能的横向对比。1.3 国内多孔外阻隔防爆材料发展现状1.3.1 国外多孔阻隔防爆材料发展现状早在20世纪60年代，美国、加拿大等欧美发达国家就开始对阻隔防爆技术展开研究，这种材料最初主要被应用于军用飞机油箱，它能减小油箱起火爆炸时的风险

8、12-13,大大提高军用飞机的安全性能，后来还被推广应用到军用坦克、轮船及警用车辆。止匕外， 在石化行业也有少量的应用报道14。1982年，美国颁布了用于飞机燃油箱抑爆的网 状铝合金防护材料军用规范15,至今仍未在民用领域强制推广。目前，阻隔防爆材料 在英、法、美、德等国家均获得专利，加拿大、美国、奥地利等国家公司生产的金属阻 隔防爆材料在欧美国家的军工领域有一定的应用，包括战斗机、坦克和装甲车的油箱等。 除在军事方面应用外，还在商用飞机油箱、铁路罐车等民用方面进行过试验和应用尝试， 但都未获得成功。文献14对以上尝试的过程和失败的原因给出了详细的介绍和分析说 明。该产品在化工行业应用也较少，

9、有报道可循的应用案例有加油站人孔室、便携式油 桶等。1.3.2 国内多孔阻隔防爆材料发展现状国内对多孔阻隔防爆材料研究起步比较晚，但得到了快速推广和应用。1992年，我国原兵器工业部第52所研发的网状铝合金抑爆材料抑爆性能等主要指标均符合美国军 用标准要求，达到了国际同类产品的先进水平。2005年，国家安全生产监督管理局颁布 汽车加油（气）、轻质燃油和液化石油气汽车罐车用阻隔防爆储罐技术要求（ aq 30012005） 16和阻隔防爆撬装式汽车加油（气）装置技术要求（aq 30022005）17,对进一步推动我国阻隔防爆技术发展和阻隔防爆材料的深入研究产生了深远影响。2008年7月，“ han

10、阻隔防爆撬装式汽车加油装置”通过中国石油和化工协会组织的 科技成果鉴定。2008年北京奥运会前夕，北京等 4个城市奥运场馆周边地区添置了近 200台han®隔防爆撬装加油装置。与国外不同的是，这种材料未在国内军工行业应用， 也无相应的军用标准，但却被推广应用于加油站埋地油罐，并且不同于国外的人孔井内 填充式，而是直接填充于埋地油罐内部。目前，我国的阻隔防爆材料则主要应用在加油 站埋地油罐改造和撬装加油站。现阶段我国的han阻隔防爆技术材料多为网状铝合金材料，而对非金属材料的研究相对薄弱，依然处于研究探索阶段18 o1.4 数值模拟研究随着流体力学和计算机技术的快速发展，数值模拟方法得

11、到了广泛的应用，借助数 值模拟方法研究可燃气体爆炸问题也已成为可能。数据模拟方法作为理论和实验研究的辅助工具得到了广泛应用，可以有效弥补二者不足，如节约爆炸实验成本，缩短研究周 期等，甚至在研究极端工况时可以取而代之。运用合理地数值模拟方法，分析非常流畅 的发展演化过程，能获得网状结构中火焰传播及压力的变化特征，为材料更好的使用提 供理论依据。对多孔材料的数值模拟主要是构建不同维度的各种数学模拟，对不同可燃 介质在填充不同种材料时的火焰、压力、燃烧产物、温度分布等方面进行研究。由于技 术局限性，决定了借助数值模拟技术难以直接进行实体建模并直接求解火焰在多孔材料 中的真实微观过程。但现在已有少数

12、研究实现近似求解可燃气体爆炸火焰在多孔介质中 的传播和发展过程。如韩丰磊19借助计算流体力学技术研究了多孔材料对管道内可燃气 体爆炸火焰传播机制的影响，mare20借助计算机流体力学技术研究了碳氢化合物 /空气 预混气体在球形多孔材料中的可燃极限及其与固相物质物理和几何特性之间的关系。1.5 多孔材料阻隔防爆机理对于多孔阻隔防爆材料的阻隔防爆机理，文献21-23等主要从火焰受阻效应、材料 热传导效应和自由基“器壁吸附”效应等方面进行了研究和诠释：火焰受阻效应 ：火 焰传播与流体流动相似，影响火焰传播速度的因素之一是其传播的阻力，多孔材料的孔 隙大小决定了传播阻力大小，孔隙越小阻力越大，抑爆材料

13、的孔隙小到一定限度即可停 止火焰传播，这种火焰传播受材料孔隙阻碍的效应叫做材料的阻隔。热传导效应：爆 炸火焰在传播过程中，伴随着热量被比表面积很大的材料快速吸收和散失，火焰传播强 度减低，所以能量递减直至熄灭。器壁效应：混合爆炸是自由基的连锁反应，反应速第3页共8页常州大学本科生毕业设计（论文）开题报告度受单位体积内自由基的数量限制，而自由基可以被器壁表面的杂质和器壁的材料吸 附。这种“器壁吸附”效应减少了单位面积内自由基的数量。 器壁表面积越大杂质越多, 自由基被吸附的机会就越多，因此单位容积内自由基数量就越少，参与燃烧反应的自由 基数量减少，抑制燃烧爆炸反应速度，直至反应中断。多孔材料的高

14、比表面积决定了更 多的自由基被吸附，参与燃烧反应的自由基数量减少，抑制燃烧爆炸反应速度直至中断。2 .课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题2.1 目标(1)研究多孔阻隔防爆材料的防爆机理；(2)优化多孔阻隔防爆材料的防爆工艺参数。2.2 主要内容论文的主要内容包括：(1)多孔材料阻隔防爆机理研究现状分析；(2)确定研究多孔材料特性参数、防爆性能的实验方案；(3)开展多孔材料阻隔防爆性能实验研究，处理实验结果，分析、阐释多孔材料 阻隔防爆机理及防爆工艺参数；(4)利用数据模拟方法与实验研究相结合，阐释阻隔防爆机理及防爆参数。2.3 拟解决的关键问题：实验研究与fluent软件模拟相结合完成多孔

15、材料阻隔防爆机理及防爆性能研 究。、研究方案的确定1研究方法和路线1.1 研究方法本课题主要应用的研究方法如下：1 )参考文献法收集整理并阅读现有相关国内外文献， 充分调研了解国内外学者对于多孔材料阻隔 防爆机理的研究现状及进展，从中进行分析。2)理论分析法收集相关的理论，在一定的理论基础上，分析多孔材料阻隔防爆性能实验的影响因 素及各种参数等，并理解多孔材料阻隔防爆机理等。3)实验分析法根据分析研究的相关材料，设计多孔材料阻隔防爆性能实验研究(主要以非金属材 料为主)的合理实验方案，并进行实验，最后就所测得的实验数据，对多孔材料阻隔防 爆的性能参数进行分析研究。4）软件分析法利用fluent

16、软件，在确定相关参数条件下，根据实验所得参数，设计对应的相 关参数，对多孔材料阻隔防爆性能实验进行模拟。1.2研究路线1）收集整理国内外相关多孔材料阻隔防爆机理的研究现状及发展的文献，充分了 解多孔材料阻隔防爆机理以及其研究进展。2）调查多孔材料生产状况，了解实验装置，准备实验所需仪器、药品，根据阅读 分析文献以及调查所收集的资料设计合理的实验方案。开展实验，记录实验数据，并进 行分析研究。然后将现有实验数据与前辈实验测得相关数据进行对比分析，定量地分析 不同多孔材料阻隔防爆性能参数如密度、留空率等对阻隔防爆性能的影响。3）基于上述实验基础上，根据计算机流体力学技术，利用fluent软件对多孔

17、材料阻隔防爆性能参数进行模拟实验。2拟使用的仪器1）爆炸设备：耐压圆柱筒、压力传感器、高速摄像机、压力表、流量计、真空泵、 真空表、点火能量控制台。2）采用fluent软件进行模拟研究。、作者已进行的准备及资料搜集情况根据毕业设计课题所涉及的主要参考资料以及课题研究的关键词等，利用图书馆以及各种检索工具检索并下载课题相关的国内外的文献。仔细阅读分析，深入了解国内外 多孔材料阻隔防爆机理以及其研究现状和发展趋势。学习并掌握多孔材料阻隔防爆性能实验研究的方法，仪器及模拟实验研究软件。已经完成了 «review of expanded aluminum products for explo

18、sion suppression in containers holding flammable liquids and gas诊 s勺外文 翻译，撰写开题报告、设计实验方案，大量阅读相关实验研究文献并学习相关模拟软件， 为后期实验的开展和模拟实验的进行做好准备，也为后期的研究及论文的书写打下基 础。四、阶段性工作计划与预期研究成果1阶段性工作计划工作计划见表1第8学期1-2周第8学期3-5周第8学期6周第8学期7-10周第8学期11-14周第8学期15-16周第8学期17周第8学期18周表1工作计划检查方式查阅资料，翻译课题相关外文文献， 准备开题报告毕业实习，完成开题报告，调查多孔材料生产

19、状况，了解实验装置，准备实验所需仪器、药品设计实验方案开展实验研究，记录实验原始数据实验数据分析处理，补充完善，运用fluent软件模拟参数实验， 分析数据，并与实验数据对比分析撰写毕业论文、提交毕业论文初稿毕业论文修改准备毕业答辩，提交所有毕业设计文档提交翻译相关电子与书面资料,工作日记工作日记,工作日记,工作日记,工作日记,实习报告，开题报告实验方案试验结果记录数据分析处理结果提交毕业论文初稿提交毕业论文终稿文献综述、译文、实验原始数据、工作日记、毕业论文等文档2预期研究结果利用实验以及软件模拟阐释阻隔防爆机理、优化防爆工艺参数；完成毕业论文。五、主要参考文献1邢志祥，张成燕.多孔材料在阻

20、隔防爆中的应用研究进展j.工业安全与环保，2013, 39 (12): 30-33.2 holm j m. on the initiation of gaseous explosions by small flamesj. philosophical magazine series 7 1932, 14(89): 18-56.3 holm j m. on the ignition of explosive gaseous mixtures by small flames j. philosophical magazine series 7 1933, 15 (98): 329-359.4 su

21、n j h , zhao y, wei c r , et al.the comparative experimental study of the porous materials suppressing the gas explosion j . procedia engineerin011, 26(18): 954-960.5 nie b s , he x q , zhang r m , et al. the role of foam ceramics in suppression of gas explosion over-pressure and quenching of flame

22、propagation j. journal of hazardous materials, 2011, 192(2): 741-747.6南子江，宋爱英，曹法和等.铝合金抑爆材料性能研究j.兵器材料科学与工程， 2001, 24(4): 19-23.7喻健良、蔡涛、李岳等.丝网结构对爆炸气体淬熄的试验研究 j.燃烧科学与技术、2008, 14 (2): 13-16.8喻健良，孟伟，王雅杰.多层丝网结构抑制管内气体爆炸的实验j.天然气工业，2005, 25 (6): 116-118.9邢志祥，张贻国.网状铝合金抑爆材料抑爆性能研究j.中国安全科学学报，2012, 22(2): 75-80.10

23、解立峰，王静虹，饶丽芳，等.网状铝合金材料对爆炸火焰抑制性能研究j.石油 化工安全环保技术，2010, 26(1): 34-38.11韩志伟，解立峰.球形抑爆材料与网状抑爆材料抑制爆性能的对比研究j.爆破器材，2011, 40(6): 15-18.12 hogan t a , pedriani c. flame tube and ballistic evaluation of explosafe aluminm foil for aircraft fuel tank explosion protectionr . afwal-tr-80-2031 , fire protection branc

24、h, fuels and lubrication division, 1980.13 szego a k, premji k, appleyard r d. evaluation of explosafe explosion system for aircraft fuel tank suppressionr . afwal-tr-80-2043. explosafe division , vulcan industrial packaging, 1980.14 brik a m. review of expanded aluminum products for explosion suppression in containers holding flammable liquids and gases j. jour