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内置障碍物受限空间内可燃气体爆炸数值模拟

作　者: 梁春利
导　师: 毕明树
学　校: 大连理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 可燃气体爆炸火焰速度爆炸压力湍流燃烧数值模拟
分类号: X928.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 428次
引　用: 14次
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内容摘要

气体爆炸事故每年都会造成重大的经济损失和人员伤亡。因此对可燃气体爆炸的研究是安全技术领域的主要课题之一,具有十分重要的社会和经济意义。在可燃气体爆炸研究方法中,实验研究受到场地条件、测试手段以及实验经费等诸多限制难以得到普遍的规律。而随着计算机技术的发展,数值模拟已经成为研究可燃气体爆炸问题的重要方法之一,并得到了广泛应用。本文主要基于均相反应流时均方程组、k-ε湍流模型和EBU-Arrhenius燃烧模型,建立了均相湍流燃烧流动的理论模型。利用SIMPLEC算法,对内置障碍物受限空间内丙烷/空气预混气体爆炸过程进行了二维空间的数值模拟。为验证数学模型及计算方法的有效性,对容器内预混可燃气体爆炸的发展过程进行数值模拟。与实验结果相比较,计算结果的偏差不大于10%,满足工程需要。并且数值模拟火焰阵面与实验拍摄照片吻合良好。在此基础之上,对内置障碍物受限空间内可燃气体爆炸过程进行数值模拟,结果表明: (1)可燃气体点火初期,障碍物对火焰阵面的扰动非常小。当火焰接近障碍物时,火焰阵面发生显著变化。随着障碍物高度的增加,火焰阵面被拉伸变形的程度越来越大,导致火焰速度迅速增加,随障碍物数量的增加,火焰速度急剧增大,揭示了障碍物和湍流引起火焰加速的正反馈机理。 (2)在密闭容器中,障碍物的阻塞率对最终爆炸压力基本不产生影响,而对火焰阵面的形状、速度场和压力场的分布存在显著影响,这可为受限空间内设施的合理布置提供依据。 (3)在开口体系中,未设置障碍物的容器内,最大超压出现在出口处。而对于内置障碍物容器来说,随着障碍阻塞率增大,超压越来越大。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
引言  8-9
1 文献综述  9-27
  1.1 可燃气体爆炸形式及特点  9-14
    1.1.1 可燃气体爆炸的基本形式  9-11
    1.1.2 影响可燃气体爆炸的因素  11-12
    1.1.3 可燃气体爆炸的基本参数  12-13
    1.1.4 火焰加速机理  13-14
  1.2 实验研究  14-19
    1.2.1 障碍物对爆炸过程影响的研究  15-18
    1.2.2 爆燃转爆轰过程的研究  18-19
  1.3 理论研究  19-21
    1.3.1 密闭容器的理论研究  19-20
    1.3.2 开口容器的理论研究  20-21
  1.4 数值研究  21-26
    1.4.1 数值模拟研究进展  21-22
    1.4.2 数值解法  22-26
  1.5 本文工作  26-27
2 均相湍流燃烧模型及数值方法  27-39
  2.1 数学模型  27-31
    2.1.1 均相湍流燃烧的时均方程组  27-28
    2.1.2 湍流模型  28-29
    2.1.3 燃烧模型  29
    2.1.4 壁面函数  29-31
  2.2 热理想气体混合物关系式  31-32
  2.3 数值方法  32-39
    2.3.1 二维方程的离散  32-36
    2.3.2 离散方程的求解  36
    2.3.3 压力修正方程推导  36-38
    2.3.4 SIMPLEC算法求解  38
    2.3.5 本章小结  38-39
3 密闭空间内可燃气体爆炸过程的数值模拟  39-52
  3.1 数学模型有效性证明  39-42
  3.2 障碍物对火焰阵面的影响  42-44
  3.3 障碍物对速度场的影响  44-47
  3.4 障碍物对压力场的影响  47-49
  3.5 障碍物和丙烷浓度对爆炸压力和爆炸强度的影响  49-52
4 开口容器内可燃气体爆炸过程的数值模拟  52-70
  4.1 数学模型有效性证明  52-55
  4.2 障碍物对火焰阵面的影响  55-58
  4.3 障碍物对速度场的影响  58-62
  4.4 障碍物对压力场的影响  62-64
  4.5 障碍物对湍流动能和湍流耗散率的影响  64-66
  4.6 燃料活性对火焰速度的影响  66
  4.7 障碍物对火焰位置的影响  66-67
  4.8 障碍物阻塞率对火焰速度的影响  67-70
结论  70-71
参考文献  71-74
附录A 符号说明  74-76
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  76-77
致谢  77-78
大连理工大学学位论文版权使用授权书  78

内置障碍物受限空间内可燃气体爆炸数值模拟

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