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室内燃气火灾的气相轰燃机理及与爆震的关系

作　者: 王亚利
导　师: 吴晋湘
学　校: 河北工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 气相轰燃预混爆震机理
分类号: X928.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本课题在国家重点基础研究发展规划(973)和国家自然科学基金的资助下进行。课题研究主要针对在室内空间发生燃气泄漏的条件下,发生火灾的危险性及火灾发生后的火焰蔓延过程和燃烧机理。研究工作从实验和数值模拟两方面展开,首先利用相似理论从实际房间中抽象出物理模型。通过实验能观察到,在燃料泄漏过程中发生着火和火焰蔓延现象时,会出现火焰突然加速并快速充满整个箱体的现象,我们将其定义为气相轰燃。在以往的研究结果中,通过对比实验和模拟结果,得到发生气相轰燃的标志性参数是压力的二次突增。并且把燃烧过程中压力达到第二个峰值的时刻定义为轰燃时刻。在以往研究的基础上,本文通过设计新的实验和模拟工况,并总结以往的实验数据和计算数据,比较完全预混和部分预混两种情况的火焰蔓延机理,试图揭示室内燃气并发生火灾时的轰燃机理及探讨这种轰燃现象与爆震过程的关系。通过对实验和数值模拟结果的分析,我们得到以下结论：1.大的箱体更易发生气相轰燃,大的流量下,箱体内的压力较大,同时发生轰燃的时间较早。大的开窗口,导致燃料积累缓慢,同时压力变化小,不易发生气相轰燃。靠近窗口的点火位置更易点燃混气,压力变化较大,易发生气相轰燃。2.燃气体积与箱体体积的比值在0.024-0.043之间,发生气相轰燃的概率较高。3.通过模拟预混燃烧的工况,我们得到箱体内的压力同样存在两个峰值。两次压力升高的过程有着相同的反应机理,都是燃料参与的化学反应。模拟部分预混燃烧的工况,我们通过分析进程变量图,涡量图,流线图,得到第一个压力峰值下降之后,在燃烧后期,由于旋涡的作用,箱体内除了燃料,中间产物也参与了燃烧,使压力重新升高,火焰遍布整个箱体,发生气相轰燃的现象。4.通过对比文献中的结果,总结本文中的数据,如压力变化,火焰的传播速度,说明室内燃气泄漏引起的火灾,以及引发的气相轰燃现象与爆震无关,它没有转化为爆震。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第—章绪论  9-13
  1-1 研究的背景与意义  9
  1-2 火灾研究的现状  9-10
  1-3 轰燃的研究现状  10-11
  1-4 燃烧转爆震的研究现状  11-12
  1-5 本论文的研究内容及意义  12-13
第二章实验研究与分析  13-27
  2-1 实验台的设计与搭建  13-16
    2-1-1 实验台的选择  13-14
    2-1-2 实验对象的选取  14
    2-1-3 实验设备的选择  14-16
  2-2 实验方法  16
    2-2-1 实验步骤  16
    2-2-2 实验注意事项  16
  2-3 实验结果分析  16-22
    2-3-1 箱体尺寸大小的影响  17-18
    2-3-2 泄漏量的影响  18-19
    2-3-3 窗口开度的影响  19-20
    2-3-4 点火位置的影响  20-21
    2-3-5 点火能量的影响  21-22
  2-4 气相轰燃发生的条件  22-24
  2-5 本章小结  24-27
第三章燃烧的数值计算方法  27-33
  3-1 燃烧模型  27-28
    3-1-1 物质输送和有限速率化学反应模型  27
    3-1-2 预混燃烧模型  27
    3-1-3 非预混燃烧模型  27-28
    3-1-4 部分预混燃烧模型  28
  3-2 湍流模型  28-30
    3-2-1 大涡模拟  28-29
    3-2-2 Reynolds平均法简介  29-30
  3-3 辐射模型  30
    3-3-1 Discrete Transfer Radiation Model(DTRM)  30
    3-3-2 P-1模型  30
    3-3-3 The Rosseland Model  30
    3-3-4 Discrete Ordinates(DO)模型  30
  3-4 设定PDF无限快速反应模型  30
  3-5 燃烧中的多步反应  30-31
  3-6 本章小结  31-33
第四章数值计算方法及验证  33-39
  4-1 计算模型的建立和采取的计算方法  33-35
    4-1-1 计算模型的建立  33
    4-1-2 计算的基本方程  33-34
    4-1-3 湍流模型  34
    4-1-4 燃烧模型  34-35
    4-1-5 辐射模型  35
  4-2 计算结果与实验结果的对比  35-37
    4-2-1 部分预混燃烧实验与模拟结果的对比  35-36
    4-2-2 预混燃烧实验和模拟结果的对比  36-37
  4-3 误差分析  37
  4-4 本章小结  37-39
第五章数值模拟结果与分析  39-69
  5-1 预混燃烧中多步反应的对比  39-42
  5-2 预混燃烧的模拟结果分析  42-51
    5-2-1 预混燃烧中截面上的物质浓度变化及分析  42-48
    5-2-2 预混燃烧中截面的压力场和流场的分析  48-51
  5-3 部分预混燃烧模拟的结果分析  51-66
    5-3-1 部分预混燃烧的压力分析  51-53
    5-3-2 部分预混燃烧的流场分析  53-55
    5-3-3 部分预混燃烧的涡量分析  55-61
    5-3-4 部分预混燃烧的进程变量分析  61-63
    5-3-5 部分预混燃烧的物质浓度分析  63-66
  5-4 本章结论  66-69
第六章关于爆震的分析  69-75
  6-1 爆震的基本内容  69-73
  6-2 本章小结  73-75
第七章结论  75-77
  7-1 本文主要结论  75-76
  7-2 下一步研究工作设想  76-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
攻读学位期间所取得的相关科研成果  82

室内燃气火灾的气相轰燃机理及与爆震的关系

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