内置障碍物受限空间易燃气体爆燃过程数值仿真

发布时间：2017-03-29 21:00

  本文关键词：内置障碍物受限空间易燃气体爆燃过程数值仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可燃气体爆燃是安全领域的主要课题之一，在工业界的众多行业时有发生，造成了很大的危害，随着工业的发展，生产规模的扩大，爆燃事故危害程度增大，实践证明，工业环境存在着的约束物（房屋中的支撑物，管道内布置的支架，厂房中安置的设备等），对加速火焰速度以及诱导爆燃有很大的影响。因为传播过程中遇到障碍物又能引发二次爆炸，使得破坏加强。目前，预混气体爆燃实验多是在管道内进行的，鉴于实验对照，本文模拟了管道内预混气体爆燃过程。 本文根据文献中Patel的实验，利用大涡湍流模型和预混燃烧模型对甲烷-空气预混气体爆燃过程进行了数值模拟计算。求解管内爆燃压力及爆燃速度，通过火焰结构变化、爆燃压力随时间变化以及火焰速度三个方面进行了模拟结果和实验结果的对比，结果表明，计算结果与Patel实验结果相吻合，，从而验证了数学模型的可靠性，也说明了数值模拟能够很好地描述管内爆燃过程，模拟结果显示，爆燃压力经过以下四个阶段：压力缓慢上升阶段、压力快速上升阶段、压力快速下降阶段和压力波动阶段。火焰速度整体呈现增大趋势，在障碍物前后呈先增大后减小趋势。 基于数学模型有效性验证结果，本文进一步探讨了开口系中预混气体当量比和障碍物数量、阻塞率、位置及管长对传播过程的影响，由于层流燃烧速率和化学反应的影响，最大爆燃压力和最大火焰速度随当量比的增大呈先增大后减小趋势，最大值均出现在当量比为1.2左右。由于障碍物对火焰面的扰动，火焰面变形随着障碍物数量和障碍物阻塞率的增大而增大，火焰面面积越大，导致火焰速度和爆燃压力不断上升。壁面条件为绝热条件，爆燃过程的热量随着管长加长不断积累，火焰温度升高，爆燃压力增大；障碍物距离点火位置越远，火焰面到达障碍物时温度越高，速度和压力越大。 此外，本文模拟了闭口系中甲烷-空气预混爆炸过程中火焰面变形、压力和速度变化规律：火焰面在开始一段时间内与开口系变化一致，之后闭口系中火焰受到壁面约束向下卷曲燃烧；压力从开始变化缓慢到快速上升，最后达到7.5MPa后保持不变；由于障碍物的作用，火焰速度出现三个峰值。
【关键词】：爆燃 预混气体 大涡模型 爆燃压力
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X928.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 可燃气体爆炸基本形式9-10
• 1.3 国内外研究现状10-16
• 1.3.1 实验研究10-13
• 1.3.2 数值模拟13-16
• 1.4 本文的研究目的及研究内容16-17
• 第2章 控制方程组及数值方法17-24
• 2.1 湍流方程组17-20
• 2.2 边界条件和初始条件20
• 2.2.1 边界条件20
• 2.2.2 初始条件20
• 2.3 预混火焰燃烧模型20-22
• 2.4 离散方法22
• 2.5 时间步长22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 开口系甲烷-空气爆燃过程分析24-42
• 3.1 模型验证24-28
• 3.1.1 计算工况24-25
• 3.1.2 网格划分25-26
• 3.1.3 计算结果和实验结果对照26-28
• 3.2 火焰传播过程与分析28-34
• 3.2.1 火焰面形成变化过程28-29
• 3.2.2 涡旋产生及影响29-30
• 3.2.3 火焰加速传播30-32
• 3.2.4 爆燃压力变化过程32-34
• 3.3 爆燃影响因素分析34-40
• 3.3.1 当量比对爆燃过程的影响34-38
• 3.3.2 管长对爆燃过程的影响38-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 开口系障碍物对爆燃过程影响42-55
• 4.1 障碍物数量对爆燃过程的影响42-46
• 4.1.1 障碍物数量对爆燃压力的影响42-44
• 4.1.2 对火焰速度的影响44-46
• 4.2 障碍物阻塞率对爆燃过程的影响46-49
• 4.2.1 阻塞率对爆燃压力的影响46-47
• 4.2.2 阻塞率对火焰速度的影响47-49
• 4.3 障碍物位置对爆燃过程的影响49-54
• 4.3.1 障碍物位置对爆燃压力的影响50-52
• 4.3.2 障碍物位置对火焰速度的影响52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 闭口系甲烷-空气爆燃过程分析55-66
• 5.1 数学模型与边界条件55
• 5.2 火焰传播过程分析55-58
• 5.2.1 火焰面形成变化过程55-56
• 5.2.2 压力变化过程分析56-57
• 5.2.3 火焰速度变化过程分析57-58
• 5.3 爆燃影响因素分析58-61
• 5.3.1 当量比对爆燃过程的影响58-60
• 5.3.2 管长对爆燃过程的影响60-61
• 5.4 障碍物对爆燃影响因素分析61-65
• 5.4.1 障碍物数量对爆燃过程的影响61-62
• 5.4.2 障碍物阻塞率对爆燃过程的影响62-64
• 5.4.3 障碍物位置对爆燃过程的影响64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 结论66-68
• 参考文献68-73
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果73-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：275374