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多孔材料对管道内火焰传播抑制的数值研究

刘笑言  
【摘要】:针对可燃气体爆炸事故频发的现状,管道安全问题越来越为人们所重视。为研究多孔材料对管道内火焰传播的抑制作用,本文通过数值模拟的方法,着重研究火焰进入多孔材料内淬熄距离以及压力波的变化情况,为准确描述多孔吸收材料的抑爆机理提供了实验研究和理论基础。本文对此进行了相关研究得出结论如下: (1)研究火焰入口速度对淬熄距离的影响,两者在模拟范围内呈正比关系,在经过多孔介质材料时,由于器壁效应的影响火焰能量开始衰减,从而抑制火焰传播,发生淬熄; (2)研究孔隙率变化对火焰传播的影响。在本文模拟的范围内,淬熄距离与多孔材料的孔隙率呈正比关系,即孔隙率越大,其抑制火焰能力越弱;孔隙率越小,其抑制火焰能力越强; (3)通过研究在乙炔—空气、丙烷—空气和甲烷—空气预混气体三种燃烧介质中火焰的淬熄距离与燃烧介质的活性之间的关系,可以得出结论:相同参数时,在不同的反应介质中,淬熄距离与介质的活性成正比; (4)研究火焰初始压力对淬熄距离的影响,淬熄距离与初始压力值在0-80 kPa区间内成正比关系变化,进一步体现了多孔材料对火焰压力波的影响; (5)通过研究初始入口速度与压力的变化,得出火焰爆炸能与淬熄距离之间的关系,初始能量越大,淬熄距离越大,淬熄距离与爆炸能之间成对数关系变化: (6)研究多孔材料孔隙率的变化对最大压力值的影响,通过数值模拟,可以的得到两者之间为正比关系,随着多孔材料孔隙率的增大,对压力的吸收能力随之减弱; (7)研究多孔材料的长度变化对压力值的影响,数据分析显示两者呈乘幂关系,由此可得,在一定范围内多孔材料长度变化存在影响最大区域,随后影响效果逐步减缓。 (8)火焰压力波在管道中传播,随着距离入口的距离增大,呈先增大后减小趋势变化,虽然火焰的压力波会随着反应速率增大而增大,但经过多孔材料时会被吸收一部分,因此经过压力波波峰后,距离入口距离越大压力波越小


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