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管道內(nèi)甲烷爆炸特性及CO_2抑爆的實驗與數(shù)值模擬研究

來源:論文學(xué)術(shù)網(wǎng)
時間:2024-08-18 17:31:21
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管道內(nèi)甲烷爆炸特性及CO_2抑爆的實驗與數(shù)值模擬研究【摘要】:氣體在不受控條件下的燃燒與爆炸給人們帶來了巨大的生命、財產(chǎn)損失?;诳扇?xì)怏w爆炸的巨大破壞性,研究其引發(fā)破壞模式、燃燒

【摘要】:氣體在不受控條件下的燃燒與爆炸給人們帶來了巨大的生命、財產(chǎn)損失?;诳扇?xì)怏w爆炸的巨大破壞性,研究其引發(fā)破壞模式、燃燒爆炸傳播機制以及相應(yīng)的抑制方法,提出防災(zāi)減災(zāi)措施顯得愈發(fā)迫切。 本文結(jié)合可燃性氣體爆炸、傳播相關(guān)機理,運用XKWB-S型氣體爆炸火焰?zhèn)鞑ヌ匦詼y試系統(tǒng)和專業(yè)氣體爆炸模擬軟件FLACS,對小尺寸爆炸管道內(nèi)不同濃度甲烷爆炸特性及CO2抑爆過程進行了實驗和數(shù)值模擬研究。 結(jié)果表明,內(nèi)徑88mm、長1600mm(L/D=18)的石英玻璃管道內(nèi)甲烷爆炸極限為4.95%~12.65%;爆炸感應(yīng)期隨著甲烷濃度的增加而縮短,甲烷被引燃后的火焰生成過程顯現(xiàn)出球形火焰的生長和內(nèi)焰的拉伸與前移兩個過程,火焰長度隨著爆炸傳播距離的增大而增加,且甲烷越接近當(dāng)量濃度,其爆炸傳播過程中的火焰長度和火焰?zhèn)鞑ニ俣仍酱?。甲烷爆炸傳播過程中,爆炸超壓經(jīng)歷壓力積聚-傳播-泄壓-負(fù)壓回流-震蕩并恢復(fù)常壓等階段;溫度在爆炸發(fā)生后迅速上升,隨著爆炸火焰的傳播受到壁面作用的影響而有所下降,泄爆后,敞口端氣體在負(fù)壓回流的作用下向管道封閉端運移導(dǎo)致封閉端溫度有所回升。 體積分?jǐn)?shù)9%的CH4在6~18%CO2作用下仍會爆炸,隨著CO2添加量的增大爆炸壓力減小,火焰的強度、亮度均逐步降低,傳播速度逐漸遞減。由于受到爆炸傳播過程中產(chǎn)生的湍流影響,火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸霈F(xiàn)波動。各組分混合氣體爆炸壓力和氣體運動速度由于壓力波、反射壓力波和壁面作用的影響均呈現(xiàn)一定的波動,且受到爆炸傳播過程中以及泄爆之后管道內(nèi)部的壓力梯度變化的影響,二者沒有同時達到最大值。CO2添加量增至18%時,9%CH4爆炸壓力峰值降低約77%,壓力峰值到達時間延長約3.35倍。21~27%的CO2完全抑制了9%CH4的爆炸。 【關(guān)鍵詞】:甲烷爆炸 火焰?zhèn)鞑ヌ匦?/strong> FLACS 數(shù)值模擬 流場特征
【學(xué)位授予單位】:西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2014
【分類號】:TD712.7
【目錄】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-8
  • 1 緒論8-16
  • 1.1 研究背景及意義8-9
  • 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
  • 1.2.1 甲烷爆炸火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯楷F(xiàn)狀9-11
  • 1.2.2 惰性氣體抑爆實驗與數(shù)值模擬現(xiàn)狀11-12
  • 1.2.3 可燃性氣體爆炸的數(shù)值模擬現(xiàn)狀12-14
  • 1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線14-16
  • 1.3.1 研究內(nèi)容14-15
  • 1.3.2 技術(shù)路線15-16
  • 2 氣體燃燒爆炸理論分析16-25
  • 2.1 可燃性氣體爆炸理論16-17
  • 2.1.1 熱爆炸理論16
  • 2.1.2 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論16-17
  • 2.2 甲烷爆炸機理17-20
  • 2.3 管道內(nèi)預(yù)混氣體火焰?zhèn)鞑ゼ捌溆绊懸蛩?/span>20-22
  • 2.3.1 預(yù)混氣體火焰?zhèn)鞑?/span>20
  • 2.3.2 預(yù)混可燃性混合氣體火焰?zhèn)鞑サ挠绊懸蛩?/span>20-22
  • 2.4 管道內(nèi)預(yù)混氣體火焰加速傳播機理22-23
  • 2.5 管道內(nèi)預(yù)混氣體火焰?zhèn)鞑サ牟环€(wěn)定性23
  • 2.6 惰性氣體抑制爆炸機理23-24
  • 2.7 本章小結(jié)24-25
  • 3 論文采用的實驗方法與數(shù)值方法25-31
  • 3.1 實驗方法25-27
  • 3.1.1 實驗系統(tǒng)25-26
  • 3.1.2 實驗方案26-27
  • 3.2 數(shù)值方法27-30
  • 3.2.1 可燃性氣體爆炸物理模型27-28
  • 3.2.2 可燃性氣體爆炸數(shù)學(xué)模型28-29
  • 3.2.3 基于 FLACS 的管道數(shù)值模型確定29-30
  • 3.3 本章小結(jié)30-31
  • 4 小尺寸管道內(nèi)甲烷爆炸特性實驗與數(shù)值模擬31-49
  • 4.1 小尺寸管道內(nèi)甲烷爆炸特性實驗31-41
  • 4.1.1 甲烷爆炸極限與爆炸感應(yīng)期31-33
  • 4.1.2 甲烷爆炸火焰的生成和傳播過程33-39
  • 4.1.3 火焰長度的變化39-41
  • 4.2 小尺寸管道內(nèi)甲烷爆炸傳播特性數(shù)值模擬41-48
  • 4.2.1 不同濃度甲烷爆炸特性參數(shù)42-45
  • 4.2.2 甲烷爆炸傳播過程中的流場分布45-48
  • 4.3 爆炸傳播過程的能量守恒分析48
  • 4.4 本章小結(jié)48-49
  • 5 小尺寸管道內(nèi) CO_2抑制甲烷爆炸的實驗與數(shù)值模擬49-60
  • 5.1 小尺寸管道內(nèi) CO_2抑制甲烷爆炸效果的實驗49-52
  • 5.1.1 CO_2對甲烷爆炸火焰?zhèn)鞑ミ^程的影響49-51
  • 5.1.2 CO_2對甲烷爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/span>51-52
  • 5.2 小尺寸管道內(nèi) CO_2抑制甲烷爆炸效果的數(shù)值模擬52-58
  • 5.2.1 CO_2對甲烷爆炸火焰?zhèn)鞑ヌ匦詤?shù)的影響52-55
  • 5.2.2 CO_2對甲烷爆炸流場分布特征的影響55-58
  • 5.3 CO_2抑爆機理58-59
  • 5.4 本章小結(jié)59-60
  • 6 結(jié)論與展望60-62
  • 6.1 主要結(jié)論60-61
  • 6.2 展望61-62
  • 致謝62-63
  • 參考文獻63-69
  • 附錄69


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