Abstract: Z. Liang, S. Wang, Y. Xie, L. Gong (2025)

Overpressure oscillations during gas explosions, often overlooked in favor of peak overpressure studies, represent a significant safety hazard due to their potential to dramatically increase the rate of pressure rise. This study investigates these oscillations, arising from combustion instabilities, using a multi-faceted approach encompassing time-domain, frequency-domain, and nonlinear dynamics analyses. We analyze pressure-time histories to characterize oscillations features and apply fast Fourier transforms to identify dominant frequencies. Crucially, we employ recurrence quantification analysis (RQA) to explore the underlying nonlinear deterministic behavior and quantify the complexity of these oscillations. We specifically examine the influence of a T-pipe geometry, a common piping system component, on oscillations generation. Our results demonstrate that the T-pipe significantly promotes the development of overpressure oscillations. The application of RQA provides a novel method for characterizing the nonlinear dynamics of these oscillations, offering insights beyond traditional linear analyses. This research highlights the importance of considering geometric factors and advanced analytical techniques, like RQA, for a more complete assessment of explosion hazards and the development of improved mitigation strategies. The findings suggest that the predictability and complexity, revealed by RQA parameters, of the overpressure signal may offer potential for early warning indicators.

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Characterization of overpressure oscillations of T-shaped pipe explosion based on recurrence quantitative analysis: Effect of gas concentration