氢气火焰失稳传播与爆炸压力的耦合影响机制研究

发布时间：2023-04-05 05:45

　　爆炸压力是评估事故灾害后果、实施安全防护措施的重要指标。气体爆炸过程中,火焰不稳定会增大燃烧表面积,进而增加爆炸强度。多数的爆炸压力预测模型或假设燃烧热瞬间释放,或假设火焰匀速传播,未考虑火焰失稳传播过程,致使爆炸压力的理论预测值和实验值相差甚大。鉴于此,本研究自主设计、搭建了火焰精细结构和爆炸压力测试系统,采用实验研究、理论分析、数值模拟相结合的方法,揭示了火焰失稳传播和爆炸压力的耦合影响机制,建立了基于动态火焰褶皱因子的爆炸压力预测模型,并对不同尺度下氢气-空气爆炸压力进行理论预测。主要结果和结论如下:(1)揭示了当量比、掺混气体种类、掺混比、初始压力对定压燃烧阶段火焰失稳传播的影响规律。随着初始压力的增加,热扩散不稳定的失稳效应或稳定效应几乎恒定,流体动力学不稳定的失稳效应单调增强。贫燃和当量比Φ=1.0的工况,随着甲烷、氨气掺混比的增加,热扩散不稳定的失稳效应和流体动力学不稳定的失稳效应均逐渐降低;随着丙烷掺混比的增加,有效刘易斯数经历了 至Leeff>1.0的转变,流体动力学不稳定的失稳效应呈“先迅速减小,后几乎恒定”的趋势。富燃工况,随着甲烷、丙烷、氨气掺混比的增加,...

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景和研究意义
    1.2 国内外相关工作研究进展
        1.2.1 层流预混火焰的研究现状
        1.2.2 火焰失稳传播的研究现状
        1.2.3 爆炸压力预测的研究现状
    1.3 本文研究目的和研究内容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究内容
2 实验系统及实验材料
    2.1 实验系统
        2.1.1 可视化球形密闭腔室
        2.1.2 高速纹影光学系统
        2.1.3 压力测试系统和数据采集系统
        2.1.4 配气系统
        2.1.5 高压点火系统和时序控制系统
    2.2 初始条件和典型实验结果
        2.2.1 初始条件
        2.2.2 典型实验结果
    2.3 实验材料
    2.4 本章小结
3 火焰失稳传播的影响机制研究
    3.1 氢气-空气火焰形态特性
    3.2 甲烷、丙烷、氨气掺混对氢气-空气火焰形态的影响规律
        3.2.1 氢气-甲烷-空气的火焰形态
        3.2.2 氢气-丙烷-空气的火焰形态
        3.2.3 氢气-氨气-空气的火焰形态
        3.2.4 火焰失稳传播控制机理的讨论
    3.3 临界火焰半径和火焰加速指数
        3.3.1 临界火焰半径
        3.3.2 火焰加速指数
    3.4 火焰失稳和爆炸压力的耦合特性分析
    3.5 热扩散不稳定和流体动力学不稳定相互作用下的火焰锋面演变规律
    3.6 本章小结
4 层流燃烧速度的影响机制研究
    4.1 层流燃烧速度的求解方法
        4.1.1 定容法
        4.1.2 CHEMKIN数值方法
    4.2 甲烷、丙烷、氨气掺混对氢气-空气层流燃烧速度的影响规律
    4.3 热力学分析和燃烧反应动力学特性分析
        4.3.1 绝热火焰温度和热扩散系数
        4.3.2 层流火焰结构
        4.3.3 敏感性分析
        4.3.4 活性基团浓度及活性基团净反应速率
    4.4 本章小结
5 耦合火焰失稳传播的爆炸压力预测
    5.1 甲烷、丙烷、氨气掺混对爆炸压力的影响规律
    5.2 基于分形维数的爆炸压力预测
    5.3 基于褶皱因子的爆炸压力预测
        5.3.1 定压燃烧阶段火焰褶皱因子
        5.3.2 定容燃烧阶段火焰褶皱因子
        5.3.3 火焰褶皱因子的极限值
        5.3.4 火焰褶皱因子的动态模型
    5.4 尺度效应对爆炸压力预测的影响规律
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介



本文编号：3782846