预混火焰在狭缝中的传播机理与熄灭条件的研究

论文摘要

研究非稳态预混爆燃火焰在狭窄通道中传播,对于工业阻火器的设计与应用,以及管道或开敞空间中可燃气体的防燃抑爆等,均具有重要的意义。本文主要针对二维非稳态爆燃火焰在狭缝中的传播机理与熄灭条件进行研究,旨在为可燃气体燃烧爆炸的防治以及阻火器的设计和应用等提供理论依据。本文主要工作和结论如下。 （1）基于Arrhenius燃烧模型、流体力学控制方程组、气体组分方程,建立了模拟预混非稳态爆燃火焰在平板狭缝中传播的二维理论模型。在改进的SIMPLE算法的基础上,采用VC++语言自己编制了适用于模拟爆燃火焰传播的二维数值计算程序。 （2）通过模拟质量传递、热量传递、动量传递、定容燃烧及空气在平板通道中的瞬态流动等算例,验证本文计算程序的有效性。然后,对一维预混乙炔—空气爆燃火焰的传播过程进行模拟,在计算燃烧速度和火焰厚度等火焰特性参数的同时,对数值解进行网格独立性分析。 （3）对预混乙炔—空气爆燃火焰在封闭—开放平板狭缝中的传播机理与熄灭条件进行了数值模拟。 1)研究了质量扩散和壁面散热对火焰形状形成的影响。结果发现,质量扩散的增强有利于郁金香状火焰的形成:当质量扩散系数小于或等于热扩散系数, 即Lewis数大于或等于1时,火焰倾向于形成蘑菇形状;而当质量扩散系数大于热扩散系数,即Lewis数小于1时,火焰倾向于形成郁金香形状。壁面散热则不利于郁金香状火焰的形成:在绝热壁面条件下,当狭缝长高比小于40时,就可以形成郁金香状火焰;而在等温壁面条件下,只有当狭缝长高比小于30时,郁金香状火焰才能形成。 2)通过引入无因次准熄间距、热量补给速率等概念,综合研究了化学反应放热、

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 预混火焰在圆管或平板通道中的传播
• 1.1.1 预混火焰在圆管或平板通道中传播的一维理论
• 1.1.2 预混火焰在圆管或平板通道中传播的二维理论
• 1.2 预混火焰在狭缝中的传播与熄灭
• 1.2.1 机械阻火器
• 1.2.2 理论研究
• 1.3 火焰的不稳定性及不同火焰结构的形成
• 1.3.1 扩散—热不稳定性和网眼状火焰的形成
• 1.3.2 水力学不稳定性和郁金香状火焰的形成
• 1.4 不同通道结构设置下火焰的传播
• 1.4.1 封闭—封闭通道
• 1.4.2 开放—封闭通道
• 1.4.3 封闭—开放通道
• 1.4.4 开放—开放通道
• 1.5 数值方法
• 1.5.1 数值方法简介
• 1.5.2 有限容积法简介
• 1.5.3 SIMPLE算法
• 1.5.4 SIMPLE算法的改进
• 1.5.5 结语
• 1.6 小结
• 1.7 本课题研究技术路线
• 第二章 控制方程组与数值方法
• 2.1 几何模型
• 2.2 控制方程组
• 2.3 燃烧模型
• 2.4 输运特性参数
• 2.4.1 动力粘度和导热系数
• 2.4.2 质量扩散系数
• 2.5 计算方法
• 2.6 边界条件
• 2.6.1 边界条件的数值处理方法
• 2.6.2 边界条件
• 2.7 初始条件
• 2.8 小结
• 第三章 计算程序的有效性与数值解的网格独立性分析
• 3.1 对具有解析解的算例的计算
• 3.1.1 无反应传递过程
• 3.1.2 化学反应过程—定容爆燃
• 3.2 空气在平板通道中的瞬态流动过程模拟与PIV实验
• 3.2.1 数值模拟
• 3.2.2 PIV实验及其与计算结果的比较
• 3.3 一维预混乙炔—空气爆燃火焰的数值模拟
• 3.3.1 一般介绍
• 3.3.2 一维预混乙炔—空气爆燃火焰的数值模拟
• 3.3.3 输运特性参数对火焰特性及其前后流场的影响
• 3.3.4 网格独立性分析
• 3.4 小结
• 第四章 二维预混乙炔—空气爆燃火焰在绝热平板狭缝中的传播
• 4.1 平面点火条件下预混绝热火焰在平板狭缝中的传播（APL）
• 4.1.1 标准条件下火焰在平板狭缝中的传播（APL1）
• 4.1.2 粘度增加对火焰传播的影响（APL2）
• 4.1.3 狭缝高度对火焰传播的影响（APL3）
• 4.1.4 质量扩散对火焰传播的影响（APL4）
• 4.1.5 结果讨论
• 4.2 点点火条件下预混绝热火焰在平板狭缝中的传播（ASK）
• 4.2.1 标准条件下预混火焰在平板狭缝中的传播（ASK1）
• 4.2.2 狭缝高度对火焰传播的影响（ASK2）
• 4.2.3 结果讨论
• 4.3 小结
• 第五章 二维预混爆燃火焰在非绝热平板狭缝中的传播与熄灭
• 5.1 预混爆燃火焰在二维封闭—开放平板狭缝中的传播与熄灭
• 5.1.1 平面点火条件下预混火焰在非绝热平板狭缝中的传播与熄灭（IPL）
• 5.1.2 点点火条件下预混火焰在非绝热平板狭缝中的传播与熄灭（ISK）
• 5.2 预混爆燃火焰在二维开放—开放平板狭缝中的传播与熄灭
• 5.2.1 实验研究
• 5.2.2 数值模拟
• 5.2.3 结果讨论
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 展望
• 创新点摘要
• 主要符号对照表
• 表格索引
• 图例索引
• 附录
• 致谢
• 作者攻读博士期间发表的相关论文
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