细水雾作用于甲烷爆炸数值模拟

发布时间：2017-10-08 05:15

  本文关键词：细水雾作用于甲烷爆炸数值模拟

  更多相关文章： 甲烷爆炸 细水雾 数值模拟 机理分析 障碍物

【摘要】：瓦斯爆炸是煤矿行业中发生最普遍的事故类型之一,随着人们环保意识的逐渐增强,具有较高灭火性能的哈龙灭火剂已经在蒙特利尔条约中被严格控制,所以寻找一种新型的火灾及爆炸抑制剂显得尤为重要。细水雾,作为一种廉价的、环境友好的抑制剂已经吸引了很多研究者的注意力,对其灭火及抑爆性能的研究也已经成为目前国际火灾领域的热点研究内容之一本文针对密闭容器中细水雾作用于甲烷／空气的爆炸过程进行了数值模拟研究,分析了水雾条件和障碍物对爆炸过程的影响,探讨了细水雾影响爆炸过程的主要机理,具体的研究内容及结论如下：(1)针对细水雾作用于甲烷爆炸过程,建立了气／液两相共存的三维数值计算模型,通过对模拟计算结果与实验数据的比对,验证了本文中所建立的数值模型的准确性与有效性。(2)研究了细水雾粒径、水雾初速度和水雾施加量对于甲烷爆炸过程的影响。随着细水雾粒径的增大,爆炸强度先减小后增大；最优粒径的存在与水雾的蒸发区域及蒸发时间有密切关系。随着水雾初速度的增加,爆炸强度增加；带有初速度的水雾会导致湍流燃烧速度增加,爆炸反应速率加快,爆炸被增强。随着水雾施加量的增加,爆炸强度降低；水雾施加量增多,水雾的吸热量增多,爆炸抑制效果增强。进而得出,水雾粒径适中、水雾初速度越小、水雾施加量越多则细水雾对甲烷爆炸的抑制效果越好。(3)分析了细水雾导致甲烷爆炸压力发生变化的过程,明确了由于细水雾蒸发膨胀导致的压力增加和由于细水雾吸热降温导致的压力降低是影响细水雾增强与抑制爆炸的2个主要方面,若由于细水雾引起的压力增加值大于压力降低值,则爆炸被增强,反之,爆炸被抑制。(4)利用添加障碍物的几何模型研究障碍物的存在对于细水雾作用于甲烷爆炸过程的影响。小水雾施加量条件下,火焰传播速度较大,火焰传播过程受障碍物影响明显,爆炸强度随着障碍物与点火源距离的增大而增加；大水雾施加量条件下,火焰传播速度较小,火焰传播过程受微弱影响,爆炸强度随着障碍物与点火源距离的增大几乎不变。(5)无水雾时爆炸强度随着障碍物数量的增多而增大；细水雾存在条件下,爆炸强度随着障碍物数量的增多先减小后增大,这与障碍物对爆炸过程的激励与阻碍的双重作用有关。
【关键词】：甲烷爆炸 细水雾 数值模拟 机理分析 障碍物
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-27
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-25
• 1.2.1 气体爆炸的研究进展12-17
• 1.2.2 细水雾作用于爆炸过程的研究进展17-25
• 1.2.3 研究现状总结25
• 1.3 本文主要研究内容25-27
• 2 细水雾作用于甲烷爆炸过程的数值模型的建立27-39
• 2.1 数学模型27-32
• 2.1.1 气相湍流模型27-29
• 2.1.2 气体燃烧模型29-30
• 2.1.3 离散相模型30-31
• 2.1.4 热辐射和壁面换热模型31-32
• 2.2 几何模型和网格划分32-33
• 2.3 边界条件、初始条件和数值方法33
• 2.4 网格无关性验证33-34
• 2.5 数值模型有效性验证34-38
• 2.6 本章小结38-39
• 3 细水雾作用于甲烷爆炸过程的数值模拟研究39-59
• 3.1 细水雾粒径对爆炸过程的影响39-43
• 3.2 细水雾初速度对爆炸过程的影响43-49
• 3.3 细水雾施加量对爆炸过程的影响49-54
• 3.4 细水雾作用于甲烷爆炸过程的机理分析54-57
• 3.5 本章小结57-59
• 4 障碍物条件下细水雾作用于甲烷爆炸过程的数值模拟研究59-72
• 4.1 几何模型与网格划分59-60
• 4.2 障碍物与火焰及流场的相互作用60-62
• 4.3 障碍物与点火源距离对细水雾作用于甲烷爆炸过程的影响62-67
• 4.3.1 对火焰传播的影响62-65
• 4.3.2 对爆炸压力最大值的影响65-67
• 4.4 障碍物数量对细水雾作用于甲烷爆炸过程的影响67-70
• 4.4.1 对火焰传播的影响67-69
• 4.4.2 对爆炸压力最大值的影响69-70
• 4.5 本章小结70-72
• 结论72-73
• 创新点73-74
• 参考文献74-79
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况79-80
• 致谢80-81

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本文编号：992175