【摘要】：為分析充氣薄膜對(duì)開敞空間中可燃?xì)怏w爆炸試驗(yàn)結(jié)果的影響,該文基于10 m半徑的半球形氫氣/空氣混合氣體的爆燃試驗(yàn),采用AutoReaGas分析軟件,建立精細(xì)化有限體積分析模型。計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析表明,該文建立的有限體積模型能夠較為真實(shí)地反映充氣薄膜對(duì)氣體爆燃過程的影響;試驗(yàn)中薄膜的破裂超壓約為0.5 k Pa~3 k Pa。進(jìn)一步分析了充氣薄膜對(duì)1 m~3、8 m~3、125 m~3和1000 m~3的氫氣/空氣、乙炔/空氣和甲烷/空氣混合氣體爆燃超壓的影響。結(jié)果表明,充氣薄膜對(duì)爆燃超壓的影響隨著氣體體積、燃燒速度和傳播距離的增加而減弱,并據(jù)此給出了不同氣體爆炸試驗(yàn)中充氣薄膜選擇的建議。
【圖文】：

火焰燃燒率定義如下[25]：22Oprtctfufumin,,1mmSRCmss(10)其中：Ct為模型系數(shù)；Γfu為燃料的湍流耗散系數(shù)。2數(shù)值計(jì)算模型2.1模型的建立及計(jì)算參數(shù)以文獻(xiàn)[21]中半徑為10m的半球形氫氣/空氣混合氣體爆燃試驗(yàn)為例進(jìn)行數(shù)值建模，試驗(yàn)時(shí)氫氣濃度為30%，大氣壓力為98.9kPa，溫度為283K。數(shù)值模型的初始條件與試驗(yàn)時(shí)保持一致。由于AutoReaGas軟件無法建立半球形氣體模型，本節(jié)建立體積為2048m3(16m×16m×8m)的方形氣云對(duì)試驗(yàn)中體積為2093m3的半球形氣云進(jìn)行模擬，如圖1(a)所示，方形氣云與半球型氣云重合的部分占半球型氣云體積的83.2%。羅正鴻[27]的試驗(yàn)研究表明，氣體體積一致的情況下，半球形氣云與圓盤形氣云的重合部分占半球形氣云體積的70%以上時(shí)，，兩種形狀氣體的爆炸超壓基本一致。因此可以認(rèn)為本節(jié)采用的方形模型產(chǎn)生的誤差是可以接受。為簡(jiǎn)化計(jì)算，取1/4對(duì)稱模型(8m×8m×8m)進(jìn)行計(jì)算，確定計(jì)算域?yàn)?4m×64m×64m(見圖1(b))。設(shè)置x=0、y=0和z=0處的邊界條件為solid，即反射邊界；其他邊界設(shè)置為open，即無反射自由邊界。點(diǎn)火點(diǎn)位于模型中的原點(diǎn)，壓力測(cè)點(diǎn)置于地面上，距離點(diǎn)火點(diǎn)分別為2m、5m、8m、18m和35m，如圖1(b)所示。氫氣燃燒的主要計(jì)算參數(shù)如表1所示，其余參數(shù)采用AutoReaGas軟件中的缺省值。表1常見可燃?xì)怏w燃燒的計(jì)算參數(shù)[7]Table1Calculationparametersofgascombustion氣體濃度c/(%)絕熱指數(shù)γ燃燒熱Q/(MJ/kg)層流燃燒速度SL/(m/s)粘性系數(shù)/(N·s/m2)氫氣/空氣301.1982.3543.12.5×105乙炔/空氣7.71.2362.0951.58甲烷/空氣9.51.252.570.45(a)半球形與方形氣云模型(b)1/4對(duì)稱模型圖1氫氣/空氣混合氣體在開敞空間

工程力學(xué)235205.90411.8617.7823.61029.61235.51441.41647.31853.22059.1超壓/Pa(a)Pressurf壓差為0時(shí)(b)Pressurf壓差大于1kPa后圖3充氣薄膜的數(shù)值模擬(壓差閾值為1kPa)Fig.3Numericalsimulationofthefilms(Thresholdvalueofpressuredifferenceis1kPa)楊國(guó)剛等[28]曾通過材性試驗(yàn)，得到0.02mm厚聚乙烯薄膜的破裂超壓為16.6kPa。由于氣體爆炸試驗(yàn)中，薄膜承受爆炸超壓和高溫火焰的共同作用，而高溫會(huì)使得薄膜發(fā)生熔化，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，因此本節(jié)建立6個(gè)數(shù)值模型(即模型1~模型6)，分別定義薄膜的破裂超壓為0kPa(即不考慮薄膜)、0.5kPa、1.5kPa、3kPa、6kPa和16kPa來進(jìn)行計(jì)算。2.4計(jì)算模型驗(yàn)證及計(jì)算結(jié)果分析圖4為各測(cè)點(diǎn)處計(jì)算和試驗(yàn)的超壓時(shí)程曲線。圖4(a)~圖4(c)對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)在薄膜內(nèi)部，可以看出，考慮薄膜的模型(模型2~模型6)計(jì)算的和試驗(yàn)的超壓時(shí)程曲線都有兩個(gè)正向波峰，其中，第一個(gè)正向波峰是由于薄膜破裂產(chǎn)生的，第二個(gè)正向波峰是氣體爆燃產(chǎn)生的。圖4(d)~圖4(e)對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)在薄膜外部，由于測(cè)點(diǎn)距離薄膜較遠(yuǎn)，薄膜破裂產(chǎn)生的壓力波傳播到此處時(shí)，已經(jīng)衰減了很多。因此，除模型6(薄膜破裂超壓較大，為16kPa)外，其余模型計(jì)算和試驗(yàn)的超壓時(shí)程曲線都只有一個(gè)明顯的正向波峰，即由氣體爆燃產(chǎn)生。總體來看，計(jì)算和試驗(yàn)的爆炸超壓隨時(shí)間的變化規(guī)律一致，都近似于正弦曲線，且對(duì)于超壓的上升和下降時(shí)刻，二者也吻合較好。壓超Pk/aP(a)d=2m時(shí)間/s模型1模型2模型3模型4模型5模型6試驗(yàn)(b)d=5m壓超PkPa/(c)d=8m(d)d=18m(e)d=35m圖4數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)的超壓時(shí)程曲線對(duì)比Fig.4Comparisonofnumericalsimulationswithtestdata

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 李建梅;劉振洪;李軍利;周奮兵;;基于GIS的滁州市開敞空間可達(dá)性研究[J];宿州學(xué)院學(xué)報(bào);2014年03期

2 ;[J];;年期

相關(guān)會(huì)議論文 前8條

1 李靜;倪軍;;小城市開敞空間系統(tǒng)整體性規(guī)劃初探——以陜西澄城為例[A];規(guī)劃創(chuàng)新：2010中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)論文集[C];2010年

2 尹海偉;徐建剛;;上海開敞空間宜人性分析[A];規(guī)劃50年——2006中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2006年

3 張姚鈺;孫世界;;南京市老城區(qū)城市開敞空間布局適宜性研究[A];城市時(shí)代，協(xié)同規(guī)劃——2013中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)論文集（11-文化遺產(chǎn)保護(hù)與城市更新）[C];2013年

4 司徒萌生;李櫻;李志堅(jiān);;城市公共開敞空間體系規(guī)劃方法研究——以花都區(qū)城市形象研究之開敞空間規(guī)劃為例[A];規(guī)劃創(chuàng)新：2010中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)論文集[C];2010年

5 黃汝欽;;系統(tǒng)視角下探討小城鎮(zhèn)風(fēng)貌規(guī)劃中的開敞空間建設(shè)——以新疆沙灣為例[A];規(guī)劃創(chuàng)新：2010中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)論文集[C];2010年

6 沙愛霞;;銀川市城市邊緣區(qū)自然開敞空間設(shè)計(jì)研究[A];地理學(xué)會(huì)全面建設(shè)小康社會(huì)——第九次中國(guó)青年地理工作者學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2003年

7 溫全平;;論城市綠色開敞空間規(guī)劃的范式演變[A];中國(guó)風(fēng)景園林學(xué)會(huì)2009年會(huì)論文集[C];2009年

8 張姚鈺;孫世界;;南京主城區(qū)綠色開敞空間布局適宜性評(píng)價(jià)研究[A];城鄉(xiāng)治理與規(guī)劃改革——2014中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)論文集（07 城市生態(tài)規(guī)劃）[C];2014年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 江蘇省泗洪縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局 秦臻;關(guān)于小城市公共開敞空間設(shè)計(jì)的思考[N];中華建筑報(bào);2010年

2 記者 張曉紅;我市累投8000萬營(yíng)造綠色開敞空間[N];珠海特區(qū)報(bào);2010年

3 賀小虎;經(jīng)典建筑 開敞空間[N];中國(guó)房地產(chǎn)報(bào);2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 葛家成;城市開敞空間對(duì)周邊土地價(jià)值的影響研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 李旭;基于可達(dá)性的徐州市主城區(qū)開敞空間規(guī)劃布局研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

3 景輝;海綿城市（LID）理論視角下延安新區(qū)綠色開敞空間規(guī)劃布局研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2016年

4 李靜;陜西關(guān)中地區(qū)縣城開敞空間系統(tǒng)研究[D];西安建筑科技大學(xué);2010年

5 陳理政;成都平原傳統(tǒng)場(chǎng)鎮(zhèn)開敞空間保護(hù)與利用研究[D];西南交通大學(xué);2009年

6 李nI;淺議小城鎮(zhèn)綠色開敞空間發(fā)展[D];北京林業(yè)大學(xué);2006年

7 李改維;陜西黨家村和楊家溝的公共開敞空間及其環(huán)境構(gòu)件的特征研究[D];西安建筑科技大學(xué);2006年

8 崔敏;快速城鎮(zhèn)化背景下縣城開敞空間系統(tǒng)研究[D];南京大學(xué);2012年

9 張曉東;延吉市城市開敞空間宜人性研究[D];延邊大學(xué);2012年

10 袁勇;關(guān)于開敞空間在城市避難疏散過程中的若干問題初探[D];重慶大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2564393