多孔材料抑制火焰传播的实验研究及数值模拟

论文摘要

火焰的燃烧和爆炸是人们长久以来一直关注的问题。如何能够既利用其功效又防止控制不当而造成损失是近些年来国内外科学家亟待解决的难题。对于预混可燃气体燃烧爆炸的抑制,现在的主要手段是破坏压力波的力学性质以及抑制爆炸火焰传播速度,而这两者之间又相互影响和联系。研究气体爆炸在管道中的传播机制,探讨气体爆炸抑制的新技术和新方法,不仅可以为防爆抑爆研究工作提供理论依据和参考,对保障安全生产和人民的生命安全也具有重要的现实意义。本文以此为宗旨,进行了如下的主要工作和探讨:(1)研究探讨了火焰燃烧爆炸机制和火焰的传播机制。探究了本文需要用到的数学模型和边界条件,并对物理模型进行了简化,为本文后面的实验和数值计算做好理论铺垫,有据可依。(2)首先用数值模拟的方法对空管道中的火焰波传播进行了研究。分析了火焰波的三峰理论,确定了吸收材料的有效长度。(3)建立了附有多孔吸收材料二维管道的物理模型,进行了相应的数值计算。结果发现随着阻尼材料长度的增加,阻尼段后气体非稳定爆轰波的压力逐渐减小,阻尼段对火焰压力波的抑制比逐渐增加;火焰的传播速度也是逐渐减小,阻尼段对火焰传播速度的抑制比逐渐增大;并且随着长度的增加,抑制的效果增加逐渐不明显。(4)数值计算还发现随着材料厚度的增加,阻尼段后的爆炸波压力逐渐减小,并且随着厚度的增加,抑制效果逐渐变的不明显。阻尼段后气体非稳定爆轰波的传播速度先减小后增加,存在最佳抑制厚度。(5)实验研究了多孔可压缩吸收材料硅酸铝板的长度变化对管内火焰传播速度和超压抑制作用的影响。随着硅酸铝板长度的增加,火焰的传播速度和超压都不断减小。(6)实验研究了硅酸铝板厚度对火焰速度和超压的影响。长度值较小时,随厚度增加,火焰传播速度和超压出现先降低后增加的现象,即存在最佳抑制厚度;当长度超过一定值后,火焰速度和超压都随厚度增加而减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 选题的目的及意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 国内外实验研究进展
• 1.2.2 可燃气体爆炸理论研究进展
• 1.3 可燃气体的燃烧爆炸理论
• 1.3.1 气体爆炸机理
• 1.3.3 火焰抑制机理研究进展
• 1.3.4 阻火材料应用技术研究进展
• 1.4 数值模拟的应用进展
• 1.5 本论文的研究内容
• 2. 控制方程与数值方法
• 2.1 控制方程
• 2.2 边界条件
• 2.3 离散格式
• 2.4 计算方法
• 3 实验条件及物理建模
• 3.1 实验条件说明
• 3.2 物理建模
• 3.3 多孔区域
• 3.4 网格划分
• 3.5 网格独立性
• 3.6 本章小结
• 4 硅酸铝纤维材料抑爆相关理论的数值模拟
• 4.1 空管道中火焰传播的数值模拟
• 4.2 三峰理论及数值模拟
• 4.3 吸收材料有效长度的确定
• 4.4 本章小结
• 5 阻尼材料抑制火焰波的数值模拟
• 5.1 阻尼材料抑制火焰压力波的数值模拟
• 5.1.1 阻尼材料抑制火焰压力峰值的数值模拟
• 5.1.2 不同长度阻尼材料抑制火焰压力波的数值模拟
• 5.1.3 不同厚度阻尼材料抑制火焰压力波的数值模拟
• 5.1.4 实验情况对比
• 5.2 阻尼材料抑制火焰速度的数值模拟
• 5.2.1 阻尼材料对火焰加速的影响
• 5.2.2 不同长度阻尼材料抑制火焰传播速度的数值模拟
• 5.2.3 不同厚度阻尼材料抑制火焰传播速度的数值模拟
• 5.2.4 实验情况对比
• 5.3 实验方案的改进
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 符号说明
• 附录B 部分数据
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢