管道截面尺寸对氢气火焰传播过程影响的数值模拟

发布时间：2024-03-14 02:10

　　为揭示尺寸效应对氢气燃爆特性的影响,采用大涡模拟(LES)模型和Zimont燃烧模型对4种不同尺寸封闭空间中的氢气/空气燃爆过程进行数值研究。重点分析尺寸效应对火焰传播速度的影响机理、湍流涡团与火焰阵面变化的相关性。结果表明:火焰结构受截面尺寸影响较大,小截面管道中更频繁的横波反射使得火焰面失稳加剧;在火焰传播的不同阶段,截面尺寸对火焰传播的影响机制不同,火焰发展早期壁面湍流涡作用占主导地位,管道截面尺寸较小时火焰传播速度较大,火焰发展中期,燃烧面积增大导致湍动能增加占主导地位,管道截面尺寸越大,火焰传播速度越大;涡团及涡对的演化伴随着火焰阵面的发展,其运动对火焰阵面结构发展有重要影响。

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【部分图文】：

图1计算域示意图

如图1所示，为了研究尺度效应对火焰传播特性的影响，设计了4个长度相同但横截面不同的计算域。模拟工况的详细信息汇总于表1中，根据燃料类型和管道横截面定义工况标识符。例如，对于H100,H表示氢，100表示管道的横截面尺寸为100mm。在所有模拟中，初始进度变量在整个计算域内都设置为....

图2火焰形状试验与模拟结果对比

参考Lü的试验系统[15]，燃烧管道为方形直管，管长为500mm，管道截面为100mm×10mm，点火装置、压力传感器和进气口均安装于管道底部钢板处，氢气的当量比为1(浓度约为29.6%)。数值计算中，建立了与试验相对应的计算域。氢/空气在计算域内充分混合，形成稳定的常温常....

图3火焰传播速度试验值与计算值对比

Clanet与Searby[16]将管内火焰传播分为4个阶段，当管内点火完成后，火焰会形成一个半球形火焰前锋，火焰传播速度以层流为主;随着火焰向前传播，由于壁面对火焰前锋的限制，其结构开始由半球形向指形转变，最终形成火指形结构火焰;当火焰接触管壁后，火焰锋面面积开始减小，直至形成....

图4火焰前锋结构图

图3火焰传播速度试验值与计算值对比2.3截面尺寸对火焰传播速度的影响

本文编号：3927906