油气在持续热壁下热着火发生的数值模拟
吴松林, 杜扬, 欧益宏, 张培理, 梁建军
2018, 38(3): 541-548. doi: 10.11883/bzycj-2016-0262
为了对油气在持续热壁下热着火发生过程进行数值模拟,耦合化学动力学模型、流体动力学模型及辐射传热模型,建立了油气热着火的统一模型。基于实验工况,模拟了受限空间中油气在持续热壁条件下热着火发生过程,并分析了温度、压力流场的演变特征,以及不同位置处温度、压力、层流速度、湍流速度和组分质量分数的变化曲线。通过模拟,发现油气热着火过程存在3个阶段,分别为加热初始阶段、加热中间阶段和热着火发生阶段。不同阶段存在的主要原因是化学反应和流动的主导作用不同。
关键词: 油气, 统一模型, 热着火, 持续热壁, 化学动力学, 流体动力学, 辐射传热
油气爆炸过程火焰燃烧模式的实验估计
张培理, 杜扬
2016, 36(5): 688-694. doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0688-07
首先分析讨论了油气爆炸过程中火焰燃烧模式的估计方法,然后在激波管内进行了低、中、高3次不同初始油气浓度条件下的油气爆炸实验,通过实验数据分别计算出了低、中、高初始油气浓度条件下油气爆炸在初期、中期和后期的丹姆克尔数和湍流雷诺数,最后依靠丹姆克尔数-湍流雷诺数图对低、中、高初始油气浓度条件下油气爆炸初期、中期和后期的火焰燃烧模式进行了定量估计。结果表明:低、中、高初始油气浓度条件下激波管油气爆炸过程初期、中期和后期的火焰燃烧模式均为漩涡内小火焰模式。
关键词: 爆炸力学, 燃烧模式, 丹姆克尔数, 湍流雷诺数, 油气爆炸, 层流火焰厚度, 漩涡内小火焰模式
油气爆炸的氮气非预混抑制实验
张培理, 杜扬
2016, 36(3): 347-352. doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0347-06
依靠激波管可视化实验台架,完成了油气爆炸的氮气非预混抑制实验,获得了火焰前锋在氮气非预混段内衰减、熄灭过程的高速摄影照片。通过对实验数据和高速摄影照片的分析,讨论了油气爆炸氮气非预混抑制过程的超压特性和火焰行为。结果表明,采用氮气非预混手段能显著降低油气爆炸过程的超压与超压上升速率。油气爆炸的氮气非预混抑爆过程经历了惯性相持期、抑制衰减期和扩散熄灭期3个阶段。氮气分子作为第三体参与化学反应并携带走高能自由基的能量,促使链式反应向中止链大量发展,这是油气爆炸氮气非预混抑制过程的主要机理。抑制衰减期的火焰由衰减抑制区和核心区火焰构成,火焰与氮气的相互作用主要发生在衰减抑制区内。在抑制衰减期内,火焰速度的衰减可用线性公式描述。
关键词: 爆炸力学, 氮气非预混抑制, 超压, 油气爆炸, 火焰行为, 火焰速度, 可视化
受限空间油气爆燃火焰形态
齐圣, 杜扬, 梁建军, 张培理
2016, 36(6): 832-838. doi: 10.11883/1001-1455(2016)06-0832-07
通过受限空间油气爆燃可视化实验发现,在不同初始油气体积分数下,爆燃火焰呈现出不同的表观特征,据此提出了受限空间油气爆燃的3种火焰形态,即光滑球形火焰、褶皱球形火焰和卷曲絮状火焰。分析了3种火焰形态的形成机理,并通过实验观测与理论分析,给出了区分3种火焰形态的临界条件。结合实验中采集到的关键参数,总结了不同的火焰形态下受限空间油气爆燃的反应产物、最大压力、升压速率、反应时间、火焰强度等关键参数的特征与变化规律。
关键词: 爆炸力学, 火焰形态, 爆燃, 油气, 受限空间
圆柱形管道旁侧油气泄爆实验研究
吴松林, 杜扬, 欧益宏, 张培理, 梁建军
2016, 36(5): 680-687. doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0680-08
油气是一种组分复杂的可燃气体,极易发生爆炸。为了研究油气在受限空间的泄爆规律,对不同体积分数油气在圆柱形直管道旁侧的单孔和双孔泄爆进行了可视化实验,获得了管道内外流场的爆炸超压规律和管道外流场的火焰特征。发现油气泄爆过程存在未燃气体从开孔泻出、形成“蘑菇云”、持续剧烈燃烧、逐渐熄灭4个阶段。通过对最大爆炸超压的数据对比分析,获得了双孔泄爆可以数倍分流单孔的外部最大超压;开孔位置距点火端越远,孔外最大超压越大;泄爆中外流场最大超压远大于内流场最大超压等结论。
关键词: 爆炸力学, 泄爆, 超压, 油气, 圆柱形管道
含双侧分支受限空间油气爆炸火焰行为与超压特性大涡模拟
刘冲, 杜扬, 梁建军, 张培理, 孟红
2020, 40(6): 064202. doi: 10.11883/bzycj-2019-0408
为研究含分支结构狭长受限空间油气爆炸特性规律,基于大涡模拟WALE模型和Zimont预混火焰模型,对横截面为100 mm×100 mm的含双侧分支管道受限空间油气泄压爆炸特性进行了数值模拟。通过对火焰形态、火焰传播速度和动态超压3个物理量的对比,验证了所建立模型对于含分支结构受限空间油气爆炸计算的适用性。基于数值模拟结果,对爆炸过程中的流场结构、火焰形态和超压变化规律进行了分析,指出了“浪花状”火焰的形成原因。结果表明:(1)火焰传播进入分支管道前,在主管道和分支管道交界处会产生旋转方向相反的对称涡旋结构,并随着火焰传播不断向分支管道内部发展;(2)当火焰传播进入分支管道后,分支管道内部前期已建立流场决定了火焰的形态,火焰锋面在涡旋结构作用下呈“浪花状”,此后火焰和流场相互影响,流场向湍流转捩,火焰锋面褶皱变形;(3)爆炸超压升压过程可划分为4个阶段,受到火焰锋面面积和分支管道泄压共同作用,表明爆炸流场、火焰行为和动态超压呈现出显著耦合性。
关键词: 分支结构, 油气爆炸, 流场特征, 火焰行为, 超压特性