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管道内预混可燃气体燃爆过程仿真研究

张宏翔  
【摘要】: 可燃气体爆炸是工业爆炸灾害的重要形式,同时在军事和热能与动力工程领域也具有重要的利用价值。目前,对可燃气体爆炸进行研究主要依靠实验,采用实验研究的方法设备投资较大,费用高昂,而且操作起来也比较困难,再加上一些其它方面的技术原因,所能采集到的实验数据往往是十分有限的,因此,仅依靠单纯的实验研究具有较大的局限性,而在实验研究的基础上开展数值模拟研究则是一种有效的方法,这样不仅可以节省大量的人力、物力和财力,还可以获得比实验数据更多、更全面的计算结果,更有助于深入了解管道内可燃气体爆炸的发生、发展过程。 本论文的工作正是依托中北大学自行研制的“管道式气体粉尘爆炸试验装置”和相应的实验数据进行管道内预混可燃性气体爆炸的仿真研究,本论文基于计算流体动力学技术,建立了二维封闭管道模型和流体力学、燃烧学控制方程组,采用有限体积法对方程进行了离散,对预混甲烷——空气混合气体在管道内的爆炸传播进行了二维数值模拟,研究了爆炸波的加速传播机理。利用本文建立的数值模型,研究了不同的管道开口条件、长径比、可燃气体浓度、点火位置、初始温度等条件对火焰传播速度和压力的影响,得到了有益的结论。通过将数值模拟的结果与实验数据、文献资料进行比较,说明了本文建立的气体爆炸的数值模型可以比较准确地对管道内气体爆炸过程进行模拟计算和数值分析。


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