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管道內甲烷爆炸特性及CO_2抑爆的實驗與數值模擬研究

發(fā)布時間:2017-05-23 10:34

  本文關鍵詞:管道內甲烷爆炸特性及CO_2抑爆的實驗與數值模擬研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


【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、財產損失;诳扇細怏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的抑制方法,提出防災減災措施顯得愈發(fā)迫切。 本文結合可燃性氣體爆炸、傳播相關機理,運用XKWB-S型氣體爆炸火焰?zhèn)鞑ヌ匦詼y試系統和專業(yè)氣體爆炸模擬軟件FLACS,對小尺寸爆炸管道內不同濃度甲烷爆炸特性及CO2抑爆過程進行了實驗和數值模擬研究。 結果表明,內徑88mm、長1600mm(L/D=18)的石英玻璃管道內甲烷爆炸極限為4.95%~12.65%;爆炸感應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出球形火焰的生長和內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)鞑ニ俣仍酱蟆<淄楸▊鞑ミ^程中,爆炸超壓經歷壓力積聚-傳播-泄壓-負壓回流-震蕩并恢復常壓等階段;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,敞口端氣體在負壓回流的作用下向管道封閉端運移導致封閉端溫度有所回升。 體積分數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生的湍流影響,火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸霈F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一定的波動,且受到爆炸傳播過程中以及泄爆之后管道內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。
【關鍵詞】:甲烷爆炸 火焰?zhèn)鞑ヌ匦?/strong> FLACS 數值模擬 流場特征
【學位授予單位】:西安科技大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】: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 國內外研究現狀9-14
  • 1.2.1 甲烷爆炸火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯楷F狀9-11
  • 1.2.2 惰性氣體抑爆實驗與數值模擬現狀11-12
  • 1.2.3 可燃性氣體爆炸的數值模擬現狀12-14
  • 1.3 研究內容及技術路線14-16
  • 1.3.1 研究內容14-15
  • 1.3.2 技術路線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 鏈式反應理論16-17
  • 2.2 甲烷爆炸機理17-20
  • 2.3 管道內預混氣體火焰?zhèn)鞑ゼ捌溆绊懸蛩?/span>20-22
  • 2.3.1 預混氣體火焰?zhèn)鞑?/span>20
  • 2.3.2 預混可燃性混合氣體火焰?zhèn)鞑サ挠绊懸蛩?/span>20-22
  • 2.4 管道內預混氣體火焰加速傳播機理22-23
  • 2.5 管道內預混氣體火焰?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24-25
  • 3 論文采用的實驗方法與數值方法25-31
  • 3.1 實驗方法25-27
  • 3.1.1 實驗系統25-26
  • 3.1.2 實驗方案26-27
  • 3.2 數值方法27-30
  • 3.2.1 可燃性氣體爆炸物理模型27-28
  • 3.2.2 可燃性氣體爆炸數學模型28-29
  • 3.2.3 基于 FLACS 的管道數值模型確定29-30
  • 3.3 本章小結30-31
  • 4 小尺寸管道內甲烷爆炸特性實驗與數值模擬31-49
  • 4.1 小尺寸管道內甲烷爆炸特性實驗31-41
  • 4.1.1 甲烷爆炸極限與爆炸感應期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 小尺寸管道內甲烷爆炸傳播特性數值模擬41-48
  • 4.2.1 不同濃度甲烷爆炸特性參數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48-49
  • 5 小尺寸管道內 CO_2抑制甲烷爆炸的實驗與數值模擬49-60
  • 5.1 小尺寸管道內 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 CO_2抑制甲烷爆炸效果的數值模擬52-58
  • 5.2.1 CO_2對甲烷爆炸火焰?zhèn)鞑ヌ匦詤档挠绊?/span>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59-60
  • 6 結論與展望60-62
  • 6.1 主要結論60-61
  • 6.2 展望61-62
  • 致謝62-63
  • 參考文獻63-69
  • 附錄69

【參考文獻】

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本文編號:387709


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