预混CH 4 、C 2 H 4 、C 3 H 8 /O 2 /N 2 混合气体火焰传播机理的数值模拟研究
发布时间：2023-11-09 18:24
随着国家的发展与能源战略的变化,目前国内的能源结构有了重大改变,即今后逐渐以发展以天然气和液化石油气为主的生产、生活能源结构体系。问题随之而来,在可燃气体的储存、输运、加工和使用过程中,如果由于泄漏而导致可燃气体与空气预混形成的混合物被意外地点燃,就会发生爆炸。因此,对火焰在管道中的传播特性进行研究,尤其是研究火焰结构的变化过程,对有效控制爆炸,防止灾难事故的发生具有重要意义。本文基于预混燃烧模型和湍流标准k-ε模型,化学反应模型选用了气体的多步反应机理简化模型,模拟了甲烷、乙烯、丙烷分别和空气混合,预混火焰在二维管道中的传播过程,并以此讨论预混火焰的传播特性。主要工作包括以下三部分:(1)模拟了甲烷、乙烯、丙烷分别和空气混合所得到的三种混合火焰在光管中和相同的障碍物管道中的传播过程,初始条件为常温常压,壁面点火。模拟结果表明:乙烯火焰的燃烧速度大于甲烷和丙烷火焰的燃烧速度,因为管道内火焰燃烧起始阶段是层流燃烧,而乙烯的层流火焰传播速度较高。(2)模拟了甲烷-空气混合火焰在不同阻塞比的障碍管中的传播过程,常温常压下,在固定当量比(Φ=1)、固定障碍物间距(S=D)的条件下,改变障碍物阻...
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外学者对于管道内气体的预混燃烧方面的研究
1.2.2 国内学者对于管道内气体的预混燃烧实验方面的研究
1.3 本文研究的主要内容和章节安排
第二章 可燃性气体火焰在管道内传播特性的理论分析
2.1 可燃性气体预混火焰在管道内传播的概述
2.1.1 可燃性气体燃烧的主要反应形式
2.1.2 爆燃波和爆震波的区别对比
2.2 管道内火焰加速的几种形式
2.2.1 火焰阵面湍流加速
2.2.2 火焰阵面微分加速
2.2.3 火焰阵面的不稳定加速
2.3 对预混火焰传播影响较大的几个关键因素
2.3.1 燃料特性影响
2.3.2 可燃预混气体的初始温度影响
2.3.3 可燃预混气体初始压力影响
2.3.4 可燃预混气体的当量比影响
2.3.5 点火能量影响
2.3.6 可燃性预混气体中掺杂物影响
2.3.7 不同开口设置对可燃性预混气体火焰传播影响
2.3.8 障碍物对可燃性预混气体传播影响
2.4 本章小结
第三章 数值方法
3.1 基本假设
3.2 数学模型
3.2.1 基本模型
3.2.2 控制模型
3.2.3 燃烧模型
3.2.4 湍流模型
3.2.5 化学反应模型
3.2.6 氮气的影响
3.2.7 当量比
3.2.8 热传导率
3.2.9 扩散速度
3.3 本章小结
第四章 甲烷、乙炔、丙烷在光滑管道中的预混燃烧模拟分析
4.1 物理模型与初始条件
4.2 甲烷与空气在光滑管道内预混燃烧
4.2.1 初始条件的确定
4.2.2 甲烷光滑管道中数值模拟结果
4.3 乙烯与空气在光滑管道内预混燃烧
4.3.1 初始条件的确定
4.3.2 乙烯光滑管道中数值模拟结果
4.4 丙烷与空气在光滑管道内预混燃烧
4.4.1 初始条件的确定
4.4.2 丙烷光滑管道中数值模拟结果
4.5 小结与分析
第五章 障碍物对火焰加速的影响
5.1 不同障碍物阻塞比对火焰加速的影响
5.1.1 阻塞比为 0.5 时障碍物对火焰加速的影响
5.1.2 阻塞比为 0.3 时障碍物对火焰加速的影响
5.1.3 阻塞比为 0.7 时障碍物对火焰加速的影响
5.1.4 障碍物阻塞比对火焰加速过程的影响分析
5.2 不同障碍物间距对火焰加速的影响
5.2.1 间距为 0.5 倍管径时障碍物对火焰加速的影响
5.2.2 间距为 1.5 倍管径时障碍物对火焰速度的影响
5.2.3 障碍物间距对火焰加速过程的影响分析
5.3 相同障碍物情况下不同气体火焰加速
5.3.1 乙烯在障碍管中的预混燃烧过程
5.3.2 丙烷在障碍管中的预混燃烧过程
5.3.3 不同气体及有无障碍物对火焰加速过程的影响分析
第六章 总结与展望
6.1 主要结论
6.2 研究工作展望
致谢
参考文献
作者简介
本文编号：3861782
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外学者对于管道内气体的预混燃烧方面的研究
1.2.2 国内学者对于管道内气体的预混燃烧实验方面的研究
1.3 本文研究的主要内容和章节安排
第二章 可燃性气体火焰在管道内传播特性的理论分析
2.1 可燃性气体预混火焰在管道内传播的概述
2.1.1 可燃性气体燃烧的主要反应形式
2.1.2 爆燃波和爆震波的区别对比
2.2 管道内火焰加速的几种形式
2.2.1 火焰阵面湍流加速
2.2.2 火焰阵面微分加速
2.2.3 火焰阵面的不稳定加速
2.3 对预混火焰传播影响较大的几个关键因素
2.3.1 燃料特性影响
2.3.2 可燃预混气体的初始温度影响
2.3.3 可燃预混气体初始压力影响
2.3.4 可燃预混气体的当量比影响
2.3.5 点火能量影响
2.3.6 可燃性预混气体中掺杂物影响
2.3.7 不同开口设置对可燃性预混气体火焰传播影响
2.3.8 障碍物对可燃性预混气体传播影响
2.4 本章小结
第三章 数值方法
3.1 基本假设
3.2 数学模型
3.2.1 基本模型
3.2.2 控制模型
3.2.3 燃烧模型
3.2.4 湍流模型
3.2.5 化学反应模型
3.2.6 氮气的影响
3.2.7 当量比
3.2.8 热传导率
3.2.9 扩散速度
3.3 本章小结
第四章 甲烷、乙炔、丙烷在光滑管道中的预混燃烧模拟分析
4.1 物理模型与初始条件
4.2 甲烷与空气在光滑管道内预混燃烧
4.2.1 初始条件的确定
4.2.2 甲烷光滑管道中数值模拟结果
4.3 乙烯与空气在光滑管道内预混燃烧
4.3.1 初始条件的确定
4.3.2 乙烯光滑管道中数值模拟结果
4.4 丙烷与空气在光滑管道内预混燃烧
4.4.1 初始条件的确定
4.4.2 丙烷光滑管道中数值模拟结果
4.5 小结与分析
第五章 障碍物对火焰加速的影响
5.1 不同障碍物阻塞比对火焰加速的影响
5.1.1 阻塞比为 0.5 时障碍物对火焰加速的影响
5.1.2 阻塞比为 0.3 时障碍物对火焰加速的影响
5.1.3 阻塞比为 0.7 时障碍物对火焰加速的影响
5.1.4 障碍物阻塞比对火焰加速过程的影响分析
5.2 不同障碍物间距对火焰加速的影响
5.2.1 间距为 0.5 倍管径时障碍物对火焰加速的影响
5.2.2 间距为 1.5 倍管径时障碍物对火焰速度的影响
5.2.3 障碍物间距对火焰加速过程的影响分析
5.3 相同障碍物情况下不同气体火焰加速
5.3.1 乙烯在障碍管中的预混燃烧过程
5.3.2 丙烷在障碍管中的预混燃烧过程
5.3.3 不同气体及有无障碍物对火焰加速过程的影响分析
第六章 总结与展望
6.1 主要结论
6.2 研究工作展望
致谢
参考文献
作者简介
本文编号：3861782
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