管道内甲烷/空气预混火焰加速传播机理研究

【摘要】：可燃气体爆炸是工业生产和生活中爆炸灾害的主要形式之一,如煤矿瓦斯爆炸、天然气管道爆炸等,它常造成巨大的人员伤亡和经济损失。爆炸灾害一旦发生,将难以控制,因此,研究管道内预混气爆炸火焰加速传播特性及其内在机理,有助于更好地预防和控制管道或其它受限空间内气体爆炸灾害的发生。 本研究搭建了基于可视化燃烧管道的预混火焰精细结构实验台,通过理论分析、实验和数值模拟等手段对预混火焰传播的微观特性、加速传播机理等进行了研究。 (1)利用高速纹影摄像系统清晰记录了管道内预混火焰加速传播的瞬态过程,由此可以准确计算出火焰阵面的瞬时传播速度；利用压力传感器和离子探针等精细测量系统记录了预混火焰传播过程中测点处超压、离子电流等的变化情况,分析得出了火焰的微观变化特性。 (2)研究了管道内不同甲烷含量的预混气爆炸火焰加速传播机理,分析得出了不同甲烷含量对火焰传播速度、层流火焰向湍流转变过程的影响规律；压力冲击波与火焰的相互作用、流动与火焰的相互耦合会直接造成火焰结构的改变,促使湍流火焰的产生与发展,并最终加快火焰速度。 (3)利用数值模拟方法研究了在相同断面、不同长度的管道内预混火焰加速传播特性,得出了不同管道长度对火焰速度、爆炸压力的影响规律；得出了流场温度对火焰速度的影响规律。 【关键词】：预混火焰 火焰加速 传播机理 高速纹影摄像
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X932
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 初始条件对管道内火焰传播特性的影响10-11
• 1.2.2 无障碍物条件下管道内火焰传播特性的研究11-12
• 1.2.3 有障碍物条件下管道内火焰传播特性的研究12-13
• 1.2.4 管道内火焰传播特性的数值模拟研究13-14
• 1.3 主要研究内容与创新点14-15
• 1.3.1 研究内容14
• 1.3.2 创新点14-15
• 2 气体爆炸与火焰传播的基本理论15-26
• 2.1 气体爆炸基本理论15-18
• 2.1.1 气体爆炸定义与基本形式15-16
• 2.1.2 甲烷/空气预混气的爆炸机理16-17
• 2.1.3 管道内可燃预混气爆炸的主要影响因素17-18
• 2.2 管道内预混火焰传播基本理论18-22
• 2.2.1 预混气体火焰传播18-20
• 2.2.2 管道内火焰加速传播机理20-21
• 2.2.3 管道内障碍物条件下火焰加速传播机理21-22
• 2.3 管道内预混气爆炸火焰传播的数值模拟基本理论22-25
• 2.3.1 气体爆炸基本方程22-23
• 2.3.2 湍流模型23
• 2.3.3 燃烧模型23-24
• 2.3.4 物理模型24
• 2.3.5 数值方法24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 实验系统及实验方法26-35
• 3.1 实验系统介绍26-34
• 3.1.1 高速摄像系统26-28
• 3.1.2 纹影光学系统28
• 3.1.3 实验爆炸管道28-30
• 3.1.4 配气系统30-31
• 3.1.5 高压点火系统31
• 3.1.6 同步控制系统31-32
• 3.1.7 数据采集系统32-34
• 3.2 实验过程及方法34
• 3.2.1 实验过程34
• 3.2.2 实验方法34
• 3.3 本章小结34-35
• 4 管道内预混火焰加速传播机理的实验研究与数值模拟35-55
• 4.1 预混火焰加速传播过程中微观特性变化的实验研究35-40
• 4.1.1 高速纹影图片及分析35
• 4.1.2 爆炸压力变化特性35-37
• 4.1.3 火焰传播速度变化特性37-38
• 4.1.4 离子电流变化特性38-40
• 4.2 管道内不同甲烷含量预混气爆炸火焰加速传播机理的实验研究40-48
• 4.2.1 甲烷含量分别为8%、11%的高速纹影图片及分析40-41
• 4.2.2 不同甲烷含量对火焰速度的影响分析41-44
• 4.2.3 不同甲烷含量对预混火焰层流向湍流转变过程的影响分析44-45
• 4.2.4 预混火焰压力波与火焰阵面的相互作用45-46
• 4.2.5 预混火焰阵面内流动与火焰阵面的相互耦合46-48
• 4.3 管道内预混火焰加速传播的数值模拟分析48-53
• 4.3.1 实验研究与数值模拟研究的相互验证及补充48-50
• 4.3.2 不同管道长度下预混火焰加速传播的数值模拟研究50-53
• 4.4 本章小结53-55
• 5 结论与展望55-57
• 5.1 主要结论55
• 5.2 不足与展望55-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 攻读硕士期间发表的论文情况62
• 参与的科研项目62

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