為揭示尺寸效應(yīng)對(duì)氫氣燃爆特性的影響,采用大渦模擬(LES)模型和Zimont燃燒模型對(duì)4種不同尺寸封閉空間中的氫氣/空氣燃爆過程進(jìn)行數(shù)值研究。重點(diǎn)分析尺寸效應(yīng)對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊憴C(jī)理、湍流渦團(tuán)與火焰陣面變化的相關(guān)性。結(jié)果表明:火焰結(jié)構(gòu)受截面尺寸影響較大,小截面管道中更頻繁的橫波反射使得火焰面失穩(wěn)加劇;在火焰?zhèn)鞑サ牟煌A段,截面尺寸對(duì)火焰?zhèn)鞑サ挠绊憴C(jī)制不同,火焰發(fā)展早期壁面湍流渦作用占主導(dǎo)地位,管道截面尺寸較小時(shí)火焰?zhèn)鞑ニ俣容^大,火焰發(fā)展中期,燃燒面積增大導(dǎo)致湍動(dòng)能增加占主導(dǎo)地位,管道截面尺寸越大,火焰?zhèn)鞑ニ俣仍酱?渦團(tuán)及渦對(duì)的演化伴隨著火焰陣面的發(fā)展,其運(yùn)動(dòng)對(duì)火焰陣面結(jié)構(gòu)發(fā)展有重要影響。

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圖1計(jì)算域示意圖

如圖1所示，為了研究尺度效應(yīng)對(duì)火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊�，設(shè)計(jì)了4個(gè)長(zhǎng)度相同但橫截面不同的計(jì)算域。模擬工況的詳細(xì)信息匯總于表1中，根據(jù)燃料類型和管道橫截面定義工況標(biāo)識(shí)符。例如，對(duì)于H100,H表示氫，100表示管道的橫截面尺寸為100mm。在所有模擬中，初始進(jìn)度變量在整個(gè)計(jì)算域內(nèi)都設(shè)置為....

圖2火焰形狀試驗(yàn)與模擬結(jié)果對(duì)比

參考Lü的試驗(yàn)系統(tǒng)[15]，燃燒管道為方形直管，管長(zhǎng)為500mm，管道截面為100mm×10mm，點(diǎn)火裝置、壓力傳感器和進(jìn)氣口均安裝于管道底部鋼板處，氫氣的當(dāng)量比為1(濃度約為29.6%)。數(shù)值計(jì)算中，建立了與試驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的計(jì)算域。氫/空氣在計(jì)算域內(nèi)充分混合，形成穩(wěn)定的常溫常....

圖3火焰?zhèn)鞑ニ俣仍囼?yàn)值與計(jì)算值對(duì)比

Clanet與Searby[16]將管內(nèi)火焰?zhèn)鞑シ譃?個(gè)階段，當(dāng)管內(nèi)點(diǎn)火完成后，火焰會(huì)形成一個(gè)半球形火焰前鋒，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫詫恿鳛橹?隨著火焰向前傳播，由于壁面對(duì)火焰前鋒的限制，其結(jié)構(gòu)開始由半球形向指形轉(zhuǎn)變，最終形成火指形結(jié)構(gòu)火焰;當(dāng)火焰接觸管壁后，火焰鋒面面積開始減小，直至形成....

圖4火焰前鋒結(jié)構(gòu)圖

圖3火焰?zhèn)鞑ニ俣仍囼?yàn)值與計(jì)算值對(duì)比2.3截面尺寸對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/span>

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