水雾粒径对超细水雾抑制甲烷/空气爆炸过程的影响
发布时间：2021-01-15 21:16
建立了超细水雾作用下甲烷-空气爆炸过程的三维数值模型,采用大涡模拟模型计算爆炸流场瞬态流动过程;考虑了水雾的蒸发、汽化过程以及气液两相间的质量、动量和热量交换,通过欧拉-拉格朗日模型分别对连续相与离散相进行计算,交替求解离散相与连续相的控制方程实现气液两相间的耦合求解;分析了水雾粒径对爆炸火焰反应区作用程度以及热量交换速率的影响;获得了最佳抑爆粒径并解释了粒径导致抑爆效果差异的原因;水雾粒径通过与火焰反应区的作用程度和蒸发速率影响气液两相间的热量交换速率,进而影响火焰传播速率和爆炸强度;为实现爆炸强度的有效抑制,水雾粒径选取的条件应保证水雾在反应区完全汽化。
【文章来源】：煤炭学报. 2017,42(09)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
物理模型Fig.1Physicalmodel
中已介绍［11］;采用超声波雾化方式生成超细水雾，借助相位多普勒粒子分析仪测定水雾粒径(d32=10.03μm)［12］，通过精密电子天平测定超声波雾化系统的雾化速率为1.146g/s，粒径和水雾量的测定为数值模型的建立提供依据。密闭容器内部微米级超细水雾受自身重力和曳力的作用悬浮于容器内部，在火焰发展过程中与水雾接触并发生热量交换。前期通过爆炸压力、火焰传播速度和阵面结构已验证了数值模型和计算方法的准确性［13］，为本文超细水雾作用下气液两相间传热传质的研究提供依据。2.2爆炸压力图2为水雾浓度为224g/m3密闭容器内部水雾粒径对最大爆炸超压(ΔPmax)、最大压力上升速率((dP/dt)max)和压力峰值出现时刻的影响曲线;由图2可知，随水雾粒径的提高，ΔPmax和(dP/dt)max呈现先减小后增大，达到一定水雾粒径后趋于平缓的变化趋势;其峰值出现的时刻呈现先增大后减小的变化过程。当d=15μm时ΔPmax呈现最小值，表明此粒径下水雾抑爆效果最佳，这与Lentati和Chelliah［14］得出粒径为15μm的水雾对火焰抑制效果最佳的结论相同。同时，压力上升速率也是反应爆炸强度的重要参数;当d=10μm时(dP/dt)max为最低值，这表明水雾对爆炸抑制的最优粒径存在一个区间(10～15μm)。水雾粒径对火焰阵面扰动程度和水雾蒸发速率将产生明显影响［2］，进而影响火焰阵面燃烧速率和压力上升速率;随水雾粒径的增大，火焰阵面湍流化程度不断提高，甲烷燃烧速率明显加快，因此容器内部(dP/dt)max增大且压力峰值出现时刻提前，此结论与前期实验中水雾粒径增大导致爆炸增强的结果一致［15］。水雾与火焰阵面的作用程度与水雾粒径有直接关系，因此对水雾粒径影响气液两相间作用过?
水雾蒸发速率将产生明显影响［2］，进而影响火焰阵面燃烧速率和压力上升速率;随水雾粒径的增大，火焰阵面湍流化程度不断提高，甲烷燃烧速率明显加快，因此容器内部(dP/dt)max增大且压力峰值出现时刻提前，此结论与前期实验中水雾粒径增大导致爆炸增强的结果一致［15］。水雾与火焰阵面的作用程度与水雾粒径有直接关系，因此对水雾粒径影响气液两相间作用过程进行研究能够保证水雾更好的实现热量吸收。图2水雾粒径对爆炸强度的影响Fig.2Effectofdropletdiameteronexplosionintensity2.3火焰传播速度图3为水雾粒径对火焰传播速度的影响，由图3可知，随水雾粒径的增大，火焰传播速度呈现先减小后增大的变化趋势，峰值出现的时刻也明显提前;当达到100μm后火焰传播速度上升程度减校水雾粒径对火焰传播速率的影响与水雾对火焰阵面的吸热冷却程度和水雾导致火焰阵面湍流化的程度有关［13］。水雾通过吸热冷却作用削弱爆炸反应速率;同时，水雾粒径将促使火焰阵面发生湍流脉动并导致层流火焰面发生褶皱与变形［16］，显著的增大了已燃气体与未燃气体的接触面积，虽然在单位表面积上所燃烧气体的量不变，但单位时间内燃烧总气体的量却随火焰表面积的增大而成比例的增大;因此，火焰传播速度明显提高，火焰传播速率与火焰湍流化的增长程度一致［17］。图3水雾粒径对火焰传播速度的影响Fig.3Effectofdropletdimmeronflamepropagationvelocity3水雾影响机理分析预混气体爆炸火焰结构分为两波三区结构［18］，如图4所示，即已燃区、未燃区和火焰阵面区(反应区和预热区)以及前驱冲击波和爆燃波。图5为超细水雾作用下火焰阵面爆炸参数值的变化曲线。火焰从左至右传播，在3个区域中爆炸流场参数存在较大差
【参考文献】：
期刊论文
[1]超细水雾增强与抑制甲烷/空气爆炸的机理分析[J]. 曹兴岩,任婧杰,周一卉,王秋菊,李一鸣,毕明树. 煤炭学报. 2016(07)
[2]细水雾抑制管道瓦斯爆炸的实验研究[J]. 余明高,安安,游浩. 煤炭学报. 2011(03)
[3]煤矿灾害防治技术现状与发展[J]. 卢鉴章,刘见中. 煤炭科学技术. 2006(05)
本文编号：2979528
【文章来源】：煤炭学报. 2017,42(09)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
物理模型Fig.1Physicalmodel
中已介绍［11］;采用超声波雾化方式生成超细水雾，借助相位多普勒粒子分析仪测定水雾粒径(d32=10.03μm)［12］，通过精密电子天平测定超声波雾化系统的雾化速率为1.146g/s，粒径和水雾量的测定为数值模型的建立提供依据。密闭容器内部微米级超细水雾受自身重力和曳力的作用悬浮于容器内部，在火焰发展过程中与水雾接触并发生热量交换。前期通过爆炸压力、火焰传播速度和阵面结构已验证了数值模型和计算方法的准确性［13］，为本文超细水雾作用下气液两相间传热传质的研究提供依据。2.2爆炸压力图2为水雾浓度为224g/m3密闭容器内部水雾粒径对最大爆炸超压(ΔPmax)、最大压力上升速率((dP/dt)max)和压力峰值出现时刻的影响曲线;由图2可知，随水雾粒径的提高，ΔPmax和(dP/dt)max呈现先减小后增大，达到一定水雾粒径后趋于平缓的变化趋势;其峰值出现的时刻呈现先增大后减小的变化过程。当d=15μm时ΔPmax呈现最小值，表明此粒径下水雾抑爆效果最佳，这与Lentati和Chelliah［14］得出粒径为15μm的水雾对火焰抑制效果最佳的结论相同。同时，压力上升速率也是反应爆炸强度的重要参数;当d=10μm时(dP/dt)max为最低值，这表明水雾对爆炸抑制的最优粒径存在一个区间(10～15μm)。水雾粒径对火焰阵面扰动程度和水雾蒸发速率将产生明显影响［2］，进而影响火焰阵面燃烧速率和压力上升速率;随水雾粒径的增大，火焰阵面湍流化程度不断提高，甲烷燃烧速率明显加快，因此容器内部(dP/dt)max增大且压力峰值出现时刻提前，此结论与前期实验中水雾粒径增大导致爆炸增强的结果一致［15］。水雾与火焰阵面的作用程度与水雾粒径有直接关系，因此对水雾粒径影响气液两相间作用过?
水雾蒸发速率将产生明显影响［2］，进而影响火焰阵面燃烧速率和压力上升速率;随水雾粒径的增大，火焰阵面湍流化程度不断提高，甲烷燃烧速率明显加快，因此容器内部(dP/dt)max增大且压力峰值出现时刻提前，此结论与前期实验中水雾粒径增大导致爆炸增强的结果一致［15］。水雾与火焰阵面的作用程度与水雾粒径有直接关系，因此对水雾粒径影响气液两相间作用过程进行研究能够保证水雾更好的实现热量吸收。图2水雾粒径对爆炸强度的影响Fig.2Effectofdropletdiameteronexplosionintensity2.3火焰传播速度图3为水雾粒径对火焰传播速度的影响，由图3可知，随水雾粒径的增大，火焰传播速度呈现先减小后增大的变化趋势，峰值出现的时刻也明显提前;当达到100μm后火焰传播速度上升程度减校水雾粒径对火焰传播速率的影响与水雾对火焰阵面的吸热冷却程度和水雾导致火焰阵面湍流化的程度有关［13］。水雾通过吸热冷却作用削弱爆炸反应速率;同时，水雾粒径将促使火焰阵面发生湍流脉动并导致层流火焰面发生褶皱与变形［16］，显著的增大了已燃气体与未燃气体的接触面积，虽然在单位表面积上所燃烧气体的量不变，但单位时间内燃烧总气体的量却随火焰表面积的增大而成比例的增大;因此，火焰传播速度明显提高，火焰传播速率与火焰湍流化的增长程度一致［17］。图3水雾粒径对火焰传播速度的影响Fig.3Effectofdropletdimmeronflamepropagationvelocity3水雾影响机理分析预混气体爆炸火焰结构分为两波三区结构［18］，如图4所示，即已燃区、未燃区和火焰阵面区(反应区和预热区)以及前驱冲击波和爆燃波。图5为超细水雾作用下火焰阵面爆炸参数值的变化曲线。火焰从左至右传播，在3个区域中爆炸流场参数存在较大差
【参考文献】：
期刊论文
[1]超细水雾增强与抑制甲烷/空气爆炸的机理分析[J]. 曹兴岩,任婧杰,周一卉,王秋菊,李一鸣,毕明树. 煤炭学报. 2016(07)
[2]细水雾抑制管道瓦斯爆炸的实验研究[J]. 余明高,安安,游浩. 煤炭学报. 2011(03)
[3]煤矿灾害防治技术现状与发展[J]. 卢鉴章,刘见中. 煤炭科学技术. 2006(05)
本文编号：2979528
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