高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象的模擬.pdf

1、高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象的模擬重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：周理指導(dǎo)教師：茍小龍教授專(zhuān)業(yè)：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科門(mén)類(lèi)：工學(xué)重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院二O一四年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要在全球能源短缺，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻的大背景下，積極開(kāi)發(fā)新能源已經(jīng)成為世界各國(guó)的共識(shí)。我國(guó)作為一個(gè)煤炭生成和消耗的大國(guó)，新能源的開(kāi)發(fā)對(duì)于我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有舉足輕重的意義。在眾多新型能源中，氫氣由于其高效、無(wú)污染等特點(diǎn)而得到了世界各國(guó)的

2、廣泛關(guān)注。氫氣的儲(chǔ)存技術(shù)在氫氣的生產(chǎn)、運(yùn)輸以及使用等環(huán)節(jié)中都占據(jù)著至關(guān)重要的作用。高壓儲(chǔ)氫已被證明是一種經(jīng)濟(jì)效益最好的儲(chǔ)氫方式之一，但是高壓氫氣泄漏自燃問(wèn)題一直以來(lái)都是氫氣能源推廣中的極大安全隱患。高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象作為一個(gè)十分復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，目前人類(lèi)對(duì)于其規(guī)律的認(rèn)識(shí)仍然非常有限。在該背景下，本文進(jìn)行了如下研究工作并取得了相關(guān)成果：圍繞著高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象展開(kāi)研究，以激波管內(nèi)氫氣的水平射流作為研究對(duì)象，利用開(kāi)源CFD計(jì)算程序包

3、OpenFOAM對(duì)激波管內(nèi)的高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬?；谟邢摅w積法，對(duì)時(shí)間的微分格式采用歐拉離散，而對(duì)梯度格式，散度格式以及拉普拉斯算子均采用高斯線(xiàn)性插值離散方法，并通過(guò)交錯(cuò)網(wǎng)格技術(shù)和PISO算法模擬了湍流場(chǎng)中的壓力場(chǎng)與速度場(chǎng)的耦合。通過(guò)以上方法對(duì)激波管內(nèi)的高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比和分析，證明了模擬結(jié)果的正確性。本文對(duì)氫氣在不同初始工況、不同結(jié)構(gòu)條件、以及二甲醚不同摻入量下的

4、泄漏自燃特性進(jìn)行了模擬和分析。研究結(jié)果表明：氫氣的初始?jí)毫统跏紲囟鹊脑鲩L(zhǎng)都會(huì)極大的提高管道內(nèi)形成的激波的溫度，從而促進(jìn)混合氣體的燃燒過(guò)程；下游管道的直徑減小則會(huì)加劇管道內(nèi)激波的聚集和反射，從而促進(jìn)混合氣體的燃燒，但是過(guò)小的管徑也會(huì)使得混合氣體量過(guò)少，從而減弱燃燒；管道長(zhǎng)度的增加會(huì)有利于氫氣和空氣的混合，從而促進(jìn)燃燒，但是過(guò)長(zhǎng)的管道長(zhǎng)度也會(huì)使得擴(kuò)散的氫氣帶走過(guò)多的熱量，從而減弱氣體燃燒；如果在氫氣摻入二甲醚氣體，則混合氣體的燃燒會(huì)呈現(xiàn)先