舰船内部连通空间油气爆燃机理研究

发布时间：2017-08-05 15:30

  本文关键词：舰船内部连通空间油气爆燃机理研究

  更多相关文章： 连通空间 大涡模拟 爆燃超压 火焰传播 油气预混气体

【摘要】：舰船火灾、爆燃事故日益增多,造成不可估量的人员伤亡与财产损失。舰船中存在众多由舱室、走廊构成的连通型结构,发生于其中的爆燃事故,相对于独立空间的爆燃危害,破坏性更大。因此,连通空间爆燃过程的研究对于舰船的安全运行具有理论与实际意义。针对舰船连通空间油气爆燃现象,本文主要研究了通道尺寸形状、点火位置以及空间尺度对空间内爆燃过程的影响,力图获得连通空间油气爆燃过程的作用机理。首先,针对连通空间油气爆燃过程建立了三维瞬态数学模型。湍流流动采用大涡模拟,燃烧反应采用预混燃烧模型。与已有的实验数据对比,结果表明,除了时间尺度的略微差别,爆燃参数的变化趋势及大小均与实验结果吻合较好,验证了模型的有效性。其次,研究了等容积连通空间的通道尺寸与点火位置对爆燃过程的影响。通道长度对爆燃强度的影响很小,但通道直径的改变则显著的影响爆燃强度,其中直径152mm下的爆燃强度最大,其最大压升速率是直径76mm情况下的2倍大小;通道长度增加,通道直径减小,均会引起火焰加速;点火位置的不同导致初始火焰与流场分布的差异,进而影响到爆燃过程,尤其底端点火时,爆燃强度大于其他情形,爆燃超压高达816k Pa。另外,等容积连通空间通道弯曲程度的增加将导致气流流动、压力传播的损耗增多,因此,爆燃强度减弱。再次,研究了不等容积条件下连通空间体积比、通道尺寸以及点火位置对爆燃过程的影响。体积比、通道长度以及点火位置的改变对爆燃过程的影响显著。大空间点火时,随着体积比增大,空间中未燃气体的预压缩程度增加,爆燃强度随之加强,体积比为8时的超压峰值高达941k Pa,其最大压升速率是等容积情况下的3倍;一定范围内,通道长度越长,爆燃强度越大;对比小空间点火,大空间点火时爆燃强度更大,其超压峰值增大16.4%,最大压升速率则增加2.5倍。另外,针对等容积与不等容积两种情况,本文分别研究了实际空间尺寸下连通空间的爆燃特性。大尺度连通空间爆燃过程与小尺度情况下相似,伴随有预压缩、射流火焰以及回流现象的发生,增大体积比也会导致爆燃强度的增加。但是大尺度下具有更高的超压峰值、火焰速度,压升速率更低,过程耗时更长。通过上述研究,加深了对连通空间爆燃过程的认识,揭示了爆燃过程中火焰面、压力波以及流场流动三者之间的相互耦合,为舰船爆燃事故的防治提供了理论依据,也为其他工业领域连通空间的防爆抑爆提供一定参考。
【关键词】：连通空间 大涡模拟 爆燃超压 火焰传播 油气预混气体
【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】：2015
【分类号】：U674.70;U698.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究目的及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 密闭空间爆炸理论研究现状12-13
• 1.2.2 实验研究现状13-16
• 1.2.3 数值模拟研究现状16-18
• 1.3 本文主要研究内容18-20
• 第2章 连通空间气体爆燃数学模型与数值方法20-31
• 2.1 数学模型20-26
• 2.1.1 湍流模型20-24
• 2.1.2 燃烧计算模型24-25
• 2.1.3 壁面热耗散模型25
• 2.1.4 边界条件和初始条件25-26
• 2.2 数值方法26
• 2.3 模型验证26-30
• 2.3.1 网格划分27-28
• 2.3.2 模拟结果与实验结果的对比28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 连通空间爆燃传播与气体流动分析31-37
• 3.1 预压缩现象31-33
• 3.2 回流现象33-34
• 3.3 湍流射流现象34-36
• 3.4 火焰、压力波、流动的耦合36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 等容积连通空间爆燃特性研究37-63
• 4.1 通道长度对爆燃过程的影响37-41
• 4.1.1 通道长度对爆燃压力的影响37-39
• 4.1.2 通道长度对火焰速度与轴向流速的影响39-41
• 4.2 通道直径对爆燃过程的影响41-45
• 4.2.1 通道直径对爆燃压力的影响42-44
• 4.2.2 通道直径对火焰速度与轴向流速的影响44-45
• 4.3 点火位置对爆燃过程的影响45-49
• 4.3.1 点火位置对爆燃参数的影响45-47
• 4.3.2 点火位置对火焰结构的影响47-49
• 4.4 弯通道连通空间的爆燃参数研究49-57
• 4.4.1 弯通道对爆燃压力的影响49-52
• 4.4.2 弯通道对轴向流速的影响52-53
• 4.4.3 弯通道对火焰结构的影响53-57
• 4.5 大尺度等容积连通空间爆燃过程研究57-61
• 4.5.1 爆燃参数58-59
• 4.5.2 火焰结构与流场分布59-61
• 4.6 本章小结61-63
• 第5章 不等容积连通空间爆燃特性研究63-84
• 5.1 空间体积比对爆燃过程的影响63-66
• 5.1.1 体积比对爆燃压力的影响63-65
• 5.1.2 体积比对火焰速度与轴向流速的影响65-66
• 5.2 通道长度对爆燃过程的影响66-69
• 5.2.1 通道长度对爆燃压力的影响66-68
• 5.2.2 通道长度对火焰速度与轴向速度的影响68-69
• 5.3 通道直径对爆燃过程的影响69-72
• 5.3.1 通道直径对爆燃压力的影响69-70
• 5.3.2 通道直径对火焰速度与轴向流速的影响70-72
• 5.4 点火位置对爆燃过程的影响72-78
• 5.4.1 大空间点火对爆燃过程的影响72-74
• 5.4.2 小空间点火对爆燃过程的影响74-76
• 5.4.3 大空间点火与小空间点火的对比76-78
• 5.5 大尺度不等容积连通空间爆燃过程研究78-82
• 5.5.1 爆燃参数79-81
• 5.5.2 火焰结构与流场分布81-82
• 5.6 本章小结82-84
• 结论84-86
• 参考文献86-93
• 致谢93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 尤明伟;傅伟斌;蒋军成;;连通容器气体密闭爆炸与泄爆过程的实验研究[J];中国安全生产科学技术;2014年07期

，

本文编号：625620