连通容器内可燃气体爆炸及泄爆过程的数值模拟

发布时间：2017-07-26 02:13

  本文关键词：连通容器内可燃气体爆炸及泄爆过程的数值模拟

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【摘要】：在化工类生产装备中通常存在着由管道连接组成的盛装可燃气体或液体的连通容器,由于人员操作不当、不利环境因素等原因致使某容器中可燃气体燃烧爆炸,产生的火焰和压力波经连接管道进入邻近容器,该邻近容器将产生比同尺寸的单个容器更高的压力峰值和压力上升速率,后果也更严重。因此,研究连通容器内气体爆炸和泄爆及其影响因素对防止爆炸灾害具有重要意义。本文依据连通容器爆炸及泄爆过程的实际情况,采用流体力学软件FLUENT以化学反应动力学和流体力学为基础建立守恒方程组,选择Realizable k-ε模型和Eddy Dissipation模型分别对气体爆炸及泄爆过程中的湍流与燃烧状况进行描述。采用数值模拟方法分析球形连通容器内甲烷混合气体爆炸及泄爆过程,数值模拟结果与实验数据对比证明了所选模型的有效性。对不同条件(连接管长和传爆方向)下气体爆炸过程容器内流场变化及不同条件(破膜压力和泄爆口面积)下气体泄爆过程容器内及外部区域流场进行了数值模拟。结果表明:增加连接管长,容器内气体湍流燃烧更剧烈,连通容器内压力达到的峰值更高,火焰传入相邻容器后,轴线上各点速度都得到极大提高,当可燃气体基本燃烧完时,轴线上各点速度下降更缓、连通容器内超压更小;点火容器不同时,较大容器中心点火连通容器内的压力峰值更高一些,两种传爆方向下,相邻容器内的压力都比点火容器更早达到极大值;破膜压力较小时,大、小容器内压力持续升高,易发生非平衡泄爆,刚泄爆时泄压口附近气流速度更高些,容器外部区域压力快速升高达到极大值后下降更缓慢,同一破膜压力时,小容器内压力上升得比大容器内快,小容器更易发生非平衡泄爆;泄爆口面积较小时,大、小两容器内压力继续升高,易发生非平衡泄爆,随着泄爆口面积的增大,泄出的未燃气体更多,外部区域火焰变形更明显。本研究为连通容器内气体燃爆事故的安全防爆及泄爆技术发展提供了一定的理论指导。
【关键词】：连通容器 气体爆炸 泄爆 数值模拟
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ086.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题背景和研究意义9-10
• 1.2 国内外研究概况10-15
• 1.2.1 理论模型研究10-11
• 1.2.2 独立容器爆炸研究11-12
• 1.2.3 独立容器泄爆研究12-13
• 1.2.4 连通容器爆炸研究13-14
• 1.2.5 连通容器泄爆研究14-15
• 1.3 本文研究内容15-16
• 第二章 可燃气体爆炸的基本理论16-21
• 2.1 可燃气体爆炸的条件和特点16
• 2.1.1 可燃气体爆炸的条件16
• 2.1.2 可燃气体爆炸的特点16
• 2.2 可燃气体爆炸的基本模式16-17
• 2.3 可燃气体爆炸的基本参数17-19
• 2.4 可燃气体爆炸的影响因素19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第三章 数值模型的建立21-29
• 3.1 计算流体动力学简介21
• 3.2 FLUENT软件简介21-22
• 3.3 数学模型22-26
• 3.3.1 基本控制方程22-23
• 3.3.2 湍流模型23-25
• 3.3.3 燃烧模型25-26
• 3.3.4 数值求解方法26
• 3.4 计算区域及网格划分26-27
• 3.5 初始和边界条件27-28
• 3.6 本章小结28-29
• 第四章 连通容器内可燃气体爆炸过程的数值模拟研究29-40
• 4.1 数值模拟的可行性29-30
• 4.2 连接管长对连通容器爆炸过程的影响30-36
• 4.2.1 连通容器内温度场分布30-32
• 4.2.2 连通容器水平轴线上各点速度32-34
• 4.2.3 连通容器内压力变化34-36
• 4.3 传爆方向对连通容器爆炸过程的影响36-38
• 4.3.1 连通容器水平轴线上各点速度36-37
• 4.3.2 连通容器内压力变化37-38
• 4.4 本章小结38-40
• 第五章 连通容器内可燃气体泄爆过程的数值模拟研究40-67
• 5.1 数值模拟的可行性40-41
• 5.2 破膜压力对连通容器泄爆过程的影响41-54
• 5.2.1 温度场分布41-45
• 5.2.2 速度场分布45-51
• 5.2.3 压力变化51-54
• 5.3 泄爆.面积对连通容器泄爆过程的影响54-65
• 5.3.1 温度场分布54-58
• 5.3.2 速度场分布58-63
• 5.3.3 压力变化63-65
• 5.4 本章小结65-67
• 第六章 结论67-69
• 6.1 本文主要结论67-68
• 6.2 问题和展望68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 攻读学位期间的研究成果73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 尤明伟;蒋军成;喻源;王志荣;;不同管长条件下连通容器预混气体泄爆实验[J];化工学报;2011年10期

2 尤明伟;喻源;蒋军成;王志荣;;不同管长条件下连通容器预混气体的爆炸[J];燃烧科学与技术;2012年03期

3 林柏泉,桂晓宏;瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的模拟研究[J];中国矿业大学学报;2002年01期

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本文编号：574307