多孔结构对管道内火焰速度和压力的影响

论文摘要

研究预混气体火焰在管道中的传播过程,对管道内可燃气体的防燃抑爆具有重要的意义。本文主要在管道中设有多孔材料区域情况下,针对缓燃火焰传播机理与抑制条件进行了实验研究,考察火焰的压力、速度、比冲量和破坏等级,明确多孔材料的抑爆性能。旨在为管道内可燃气体燃烧爆炸的防治以及阻火器的设计应用提供新方法和实验依据。对工业阻火器的设计与应用,以及管道中可燃气体的防燃抑爆等均具有重要的意义。本文主要工作和结论如下：1)完善了管道内可燃气燃烧爆炸的实验系统。配以高频数据采集系统,可以同时采集5个点的火焰速度和压力；建立了预混配气系统,改进了气密性以及多孔材料配套骨架的制作方法。通过改变部分管道直径,实现了管道内非变截面多孔区域的布置。2)进行了丙烷/空气预混气体在管道内传播和抑制的实验研究。丙烷体积分数为5.5%。管道内预混气体初始压力为1atm,末端开口常压点火,考察不同几何结构的多孔材料对缓燃火焰的抑制效果。3)实验对比了管道内相同位置处,相同几何结构的实体障碍物和多孔材料对管道内缓燃火焰的压力与速度的影响,明确了多孔材料的变截面湍流扰动作用,多孔壁面吸收横波的作用与冷壁作用的效果。随着多孔材料长度的增加,其对管道内火焰速度与压力的抑制作用增强。4)实验研究了管道内部分刚性壁面被多孔结构替换情况下,预混火焰在管道内传播与发展的情况,消除了由于内衬多孔材料导致的截面扰动作用。随多孔壁面长度增加,管道出口火焰速度下降；长度超过600mm时,沿火焰传播方向压力呈下降趋势。5)用压力—冲量准则,研究了多孔材料对管道出口处压力冲击破坏能力的影响,评价多孔材料的抑爆防护性能。本实验条件下,光管时,管道出口压力冲击波的破坏等级为2级；加入障碍物,破坏等级上升到3-4级；加入内衬多孔区域,破坏等级下降；用多孔材料替换刚体壁面时,破坏等级下降更快,多孔壁而长度lps达到600mm时,管道出口比冲量和修正压力值都小于静态参数,基本无破坏。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 爆炸波的传播特性与危害的评价方法
• 1.1.1 可燃气爆炸波的传播特性
• 1.1.2 可燃气爆炸危害评价方法
• 1.2 抑制火焰波的研究现状
• 1.2.1 火焰熄灭机理
• 1.2.2 多孔材料对火焰波的抑制
• 1.3 本文的内容与技术路线
• 1.3.1 本文研究的内容
• 1.3.2 本文的技术路线
• 2 实验系统
• 2.1 实验装置
• 2.1.1 圆形燃烧管道
• 2.1.2 高压点火系统
• 2.1.3 预混配气系统
• 2.1.4 数据采集系统
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验方法
• 2.2.2 实验步骤
• 2.2.3 数据处理
• 2.3 本章小结
• 3 内衬多孔材料抑制火焰传播的研究
• 3.1 实验方案
• 3.2 实验结果分析
• 3.2.1 多孔材料及障碍物对压力波影响
• 3.2.2 多孔材料对压力波影响原因分析
• 3.2.3 多孔材料及障碍物对火焰速度影响
• 3.2.4 多孔材料对火焰速度影响原因分析
• 3.3 本章小结
• 4 多孔材料壁面对火焰传播的影响
• 4.1 实验方案
• 4.2 实验结果分析
• 4.2.1 光管中的火焰速度和压力
• 4.2.2 多孔区域长度对压力波的影响
• 4.2.3 多孔区域长度对火焰速度的影响
• 4.3 本章小结
• 5 多孔材料对压力冲击波抑制性能的评价
• 5.1 计算方法
• 5.2 实验结果分析
• 5.2.1 内衬障碍物的管道出口冲击波分析
• 5.2.2 内衬多孔材料区域的管道出口冲击波分析
• 5.2.3 无截面变化多孔材料壁面的管道出口冲击波分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 附录A 实验数据
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢