可燃性氣體泄爆動力學機理研究.pdf

1、隨著國家經(jīng)濟的高速發(fā)展和能源結(jié)構的調(diào)整，可燃性氣體得到了廣泛應用，是工業(yè)發(fā)展必不可少的燃料與原料，且今后將進一步發(fā)展以液化石油氣和天然氣為主的工業(yè)、生活能源結(jié)構。但是可燃性氣體在開采、輸送、貯存、加工和使用過程中或者因為管道泄露，可燃性氣體爆炸事故時有發(fā)生，特別是煤礦經(jīng)常發(fā)生瓦斯爆炸事故，造成重大的財產(chǎn)損失和人員傷亡。根據(jù)可燃性氣體發(fā)生爆炸的環(huán)境和場所，選擇開口泄爆管道對可燃性氣體的傳播規(guī)律和其內(nèi)在機理進行研究，為防止可燃性氣體爆炸事故

2、和減小爆炸事故帶來的危害提供依據(jù)。
　　 預混火焰在開口泄爆管道內(nèi)傳播，是一個高速、流動的動力學過程，受到許多因素的制約和影響，導致火焰陣面結(jié)構、火焰?zhèn)鞑ヌ匦詤?shù)發(fā)生不穩(wěn)定的改變，因此課題將從甲烷-空氣預混火焰?zhèn)鞑サ膸讉€影響因素進行實驗和理論分析。
　　 首先建立了一套長方體開口泄爆管道實驗平臺，利用高速紋影系統(tǒng)清晰的捕捉到預混火焰在不同實驗工況下的動態(tài)傳播過程和火焰陣面結(jié)構的變化，并以此得出了火焰陣面的傳播速度；利用建

3、立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試了預混火焰在傳播過程中的流場壓力值并得到了對應的壓力上升速率。針對預混火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘膮?shù)值，進行理論分析和數(shù)值模擬驗證，揭示無約束泄爆管道內(nèi)預混火焰?zhèn)鞑サ膭恿W機理和傳播規(guī)律。
　　 研究了不同泄壓口比率下，預混火焰在長50 cm的開口泄爆管道中的傳播特性，得出了隨著泄壓口比率的增大，預混火焰的傳播速度峰值隨之增大，而流場壓力和壓力上升速率的峰值隨之降低，并得出了他們與泄壓口比率的關系式。當泄壓口比率小于30

4、％時，預混火焰的傳播速度和流場壓力峰值隨泄壓口比率急劇變化；而大于30％時，傳播速度和流場壓力峰值的變化都很小，故泄壓口比率30％可看作是可燃性氣體在開口泄爆管道的一個拐點比率，并可作為泄爆設計的重要參考值。
　　 通過三種不同當量比濃度的預混氣體，研究得出在開口泄爆管道內(nèi)，當量比濃度為1.26(富燃)時，速度和壓力值均達到最大值，且達到最大值所需的時間也最短，這主要是因為開口導致空氣進入管道內(nèi)，當量比濃度發(fā)生改變，使其接近或等

5、于化學當量比濃度，管道內(nèi)可燃性氣體反應較充分，單位體積內(nèi)化學放熱量增大，從而加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣群驮龃罅肆鲌鰤毫?。而最佳濃度即當量比濃度?.06時則處于“貧燃”狀態(tài)，火焰?zhèn)鞑ニ俣群蛪毫Ψ逯到档?。從而得出在開口泄爆管道內(nèi)的當量比濃度是一個可變參數(shù)。
　　 同一長方體障礙物的截面不同，即阻塞比率的不同，會導致火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘淖兓?，阻塞比率越大，火焰燃燒爆炸產(chǎn)生的速度和壓力就越大，因此應盡量將長方體障礙物的最小截面與火焰?zhèn)鞑シ较蛳嗤?