褐煤爆炸冲击气流传播特性与CO生成特性数值模拟

刘天奇

刘天奇. 褐煤爆炸冲击气流传播特性与CO生成特性数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(10): 105401. doi: 10.11883/bzycj-2018-0297
引用本文: 刘天奇. 褐煤爆炸冲击气流传播特性与CO生成特性数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(10): 105401. doi: 10.11883/bzycj-2018-0297
LIU Tianqi. Numerical simulation on characteristics of impinging air flow propagationand CO formation in lignite explosion[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(10): 105401. doi: 10.11883/bzycj-2018-0297
Citation: LIU Tianqi. Numerical simulation on characteristics of impinging air flow propagationand CO formation in lignite explosion[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(10): 105401. doi: 10.11883/bzycj-2018-0297

褐煤爆炸冲击气流传播特性与CO生成特性数值模拟

doi: 10.11883/bzycj-2018-0297
基金项目: 国家自然科学基金(51774168);博士科研启动基金(18YB37)
详细信息
    作者简介:

    刘天奇(1990- ),男,博士,讲师,ltq613@163.com

  • 中图分类号: O389; X936

Numerical simulation on characteristics of impinging air flow propagationand CO formation in lignite explosion

  • 摘要: 为研究褐煤爆炸过程中冲击气流传播特性及CO毒气生成特性,以水平管道煤尘爆炸实验装置为依托,按1∶1比例建立水平管道几何模型,在构建煤尘爆炸动力传播特性数学模型的基础上,展开冲击气流传播特性与CO生成特性模拟分析。结果表明:通过对比不同时刻褐煤爆炸火焰传播距离模拟值与实测值,验证了模拟方法的可靠性。以冲击气流传播速度模拟值划分空间区域,得到:z=0~0.1 m为初始扬尘区,z=0.1~0.42 m为冲击气流速度跃升区,z=0.42~0.98 m为冲击气流高速传播区,z=0.98~1.4 m为冲击气流缓冲区。z=0.2 m与z=0.4 m截面上距圆心越远,冲击气流传播速度越大,这是由流体流动的“壁面效应”导致的,壁面附近空隙率大于流体内部,流动时所受阻力比较小,因此出现冲击气流在近壁处流速较大的分布特征。模拟CO毒气产物生成特性发现,管内z=0.3~0.6 m为CO质量分数相对最高的空间范围,局部最高达到0.024%~0.026%。在z>0.7 m时,由于颗粒受重力作用,同时爆炸产生的高温气体受浮力作用,导致CO气体产物出现下沉的趋势。
  • 图  1  水平管道煤尘爆炸装置结构

    Figure  1.  Coal dust explosion device of horizontal tube

    图  2  划分网格的几何模型

    Figure  2.  Geometry model of the mesh

    图  3  初始高温点火区(点火温度1 373 K)

    Figure  3.  Initial high-temperature ignition zone (ignition temperature=1 373 K)

    图  4  不同时刻y=0截面火焰温度云图

    Figure  4.  Flame temperature’s nephogram of y=0 cross section at different time

    图  5  y=0截面冲击气流传播速度云图

    Figure  5.  Impinging airflow propagation velocity’s nephogram of y=0 cross section

    图  6  y=0截面冲击气流传播速度等值线图

    Figure  6.  Impinging airflow propagation velocity’s contour of y=0 cross section

    图  7  沿z方向不同距离管道截面冲击气流传播速度云图

    Figure  7.  Impinging airflow propagation velocity’s nephogram at different positions along z direction

    图  8  y=0截面CO质量分数云图

    Figure  8.  Mass fraction’s nephogram of CO in y=0 cross section

    图  9  沿z方向不同距离管道截面CO质量分数云图

    Figure  9.  Mass fraction’s nephogram of CO at different positions along z direction

    表  1  不同时刻爆炸火焰传播距离

    Table  1.   Flame propagation distance of explosion at different time

    时间 t/ms火焰传播距离 l/cm时间 t/ms火焰传播距离 l/cm
    0 0 62560
    12547 75041
    25060 87515
    375651 000 0
    50074
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    表  2  人体在CO气体环境下的反应

    Table  2.   Human reactions under condition of CO

    CO体积分数/%CO质量分数/%人体反应CO体积分数/%CO质量分数/%人体反应
    0.020.0192~3 h:轻微头痛0.160.1551 h:四肢无力
    0.040.0391~2 h:眩晕0.320.30920 s:丧失知觉
    0.080.07745 s:耳鸣头痛1.321.2761~3 s:死亡
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-13
  • 修回日期:  2018-11-02
  • 刊出日期:  2019-10-01

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