為了減少對(duì)化石能源的使用,降低對(duì)石油進(jìn)口的依賴度,同時(shí)控制污染物排放以改善環(huán)境,氫能作為一種重要的新能源形式被越來越廣泛地研究。為了保證氫能的有不弱于傳統(tǒng)能源的安全性能,需要對(duì)氫能的應(yīng)用安全進(jìn)行詳盡的研究。氫氣泄漏擴(kuò)散研究作為氫安全研究的一個(gè)基礎(chǔ)方向,對(duì)氫安全標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善具有重要意義�，F(xiàn)有的氫泄漏研究多針對(duì)圓形泄漏口,缺少針對(duì)非圓截面泄漏口的研究�？紤]到實(shí)際的泄漏往往是通過狹長(zhǎng)的裂縫發(fā)生,因此本文將泄漏口簡(jiǎn)化為不同長(zhǎng)寬比的矩形,并進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)、模擬和理論研究。本文搭建了高壓氣體泄放實(shí)驗(yàn)臺(tái),為了保障實(shí)驗(yàn)安全,采用與氫氣物理性質(zhì)接近的氦氣進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)最高壓力為3.7 MPa。設(shè)計(jì)了一系列可替換的噴嘴,這些噴嘴的等效直徑范圍是0.55～1.5 mm、長(zhǎng)寬比為1～12.6不等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,類似于圓形噴嘴射流,矩形噴嘴射流參數(shù)的變化也具有自相似性,可以采用等效直徑和泄放壓力對(duì)射流參數(shù)進(jìn)行無量綱處理。在實(shí)驗(yàn)的壓力范圍內(nèi),正方形噴嘴擴(kuò)散速率遠(yuǎn)小于其它長(zhǎng)寬比噴嘴,而長(zhǎng)寬比大于1的噴嘴的射流擴(kuò)散速率受壓力影響不明顯。在泄放實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,本文對(duì)矩形噴嘴氫氣射流進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,探究更高壓力... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１氫事故序列［１４］??

１．緒論??有重要意義［２４，２５］。??當(dāng)前氫能的發(fā)展正處于起步階段，相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不完善和加氫站等基礎(chǔ)設(shè)??施的欠缺都嚴(yán)重地制約著氫能的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。氫安全問題則是在制定行業(yè)??標(biāo)準(zhǔn)和進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之前必須要充分研宄的基本問題［２６］，對(duì)氫安全問題的??系統(tǒng)研宄有利于消除公眾對(duì)氫能應(yīng)用的疑慮并促進(jìn)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定及完善。??１．２．國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀??當(dāng)前對(duì)氫氣意外泄漏射流的研宄多為圓形噴嘴射流研宂，針對(duì)異形噴嘴特別??是矩形噴嘴的研宄較少且不成體系。同時(shí)，從圓形噴嘴和二維平面噴嘴發(fā)展而來??的射流理論以及擴(kuò)散規(guī)律對(duì)矩形噴嘴射流具有一定的參考價(jià)值。因此本節(jié)將會(huì)綜??述國(guó)內(nèi)外射流理論、實(shí)驗(yàn)和模擬等研宂成果。??１．２．１．理論研究??事故情況下的氫氣射流可以分為在噴嘴處不發(fā)生壅塞的低壓亞聲速射流、在??噴嘴處發(fā)生壅塞的欠膨脹射流。氫氣的臨界壓力比很低約為０．５３，?ｇ氫氣泄漏??極易形成超音速流動(dòng)，并形成復(fù)雜的激波結(jié)構(gòu)，如圖１－２所示。李雪芳等［２７］提出??了髙壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)泄漏的熱力學(xué)模型，歸納了有限容積高壓儲(chǔ)氫瓶泄漏的理論計(jì)算??模型。Ｈｏｕｆ和Ｓｃｈｅｆｅｉ＾提出了低流速氫氣射流的流動(dòng)模型。??■■??圖１－２高度欠膨脹射流激波結(jié)構(gòu)示意圖??為了解決實(shí)際問題中的泄漏口不為圓形的問題，通常將圓對(duì)稱的噴嘴假設(shè)為??橢圓形或者矩形。對(duì)于矩形截面噴嘴射流，射流可以分為勢(shì)核（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｃｏｒｅ）、??準(zhǔn)二維流動(dòng)和軸對(duì)稱流動(dòng)三個(gè)流區(qū)１３Ｇ］。高壓力比的超聲速矩形截面射流，出口附??５??

對(duì)噴嘴長(zhǎng)寬比為５和１２．８?（ＡＲ５和ＡＲ１２．８）的矩形噴嘴射流火焰（４０ＭＰａ）進(jìn)??行了研宄，發(fā)現(xiàn)矩形噴嘴火焰比圓形噴嘴更寬，但是長(zhǎng)度更短。陳喆等１？采用紋??影法獲得了不同壓力下矩形噴嘴射流的激波格柵結(jié)構(gòu)變化，該研宄展示了隨著壓??力的增加，矩形噴嘴射流在短軸平面的流動(dòng)擴(kuò)散有變寬的趨勢(shì)。Ｒｕｇｇｌｅｓ和??Ｅｋ〇ｔ〇ｌ３４］采用ＰＬＲＳ技術(shù)測(cè)量了等效直徑都為１．５?ｍｍ長(zhǎng)寬比為２、４和８的矩形??噴嘴以及圓形噴嘴的氫氣射流的濃度場(chǎng)，并使用紋影法測(cè)量了噴嘴附近的激波形??態(tài)，如圖１－３所示。??圓形?ＡＲ８長(zhǎng)軸平面?ＡＲ８短軸平面??圖１－３圓形和矩形噴嘴氫氣射流激波結(jié)構(gòu)（丨ＭＰａ）?［３４］??１．２．３．?dāng)?shù)值模擬研究??ＣＦＤ模擬研宄在氫氣泄漏方面的應(yīng)用廣泛，目前有較多針對(duì)圓形噴嘴的模??擬研究�？碌烙训龋郏矗罚輼�(gòu)建了針對(duì)氫氣的射流ＣＦＤ模擬理論模型框架。Ｌｉ等Ｍ在??ＯｐｅｎＦＯＡＭ平臺(tái)上采用ＬＥＳ模型計(jì)算了?Ｈ２和沁射流形成的激波及擴(kuò)散差異。??７??


本文編號(hào)：3058308