论文中文题名: | 受限空间内氢气-空气非均混合气体爆炸火焰传播特性研究 |
姓名: | |
学号: | 212200890042 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 083700 |
学科名称: | 工学 - 安全科学与工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工学硕士 |
学位年度: | 2024 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 气体粉尘防控 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
第二导师姓名: | |
论文提交日期: | 2024-06-18 |
论文答辩日期: | 2024-06-01 |
论文外文题名: | Study on explosion flame propagation characteristics of non-uniform hydrogen-air gas in confined space |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Hydrogen ; Confined space ; Explosion pressure ; Flame propagation |
论文中文摘要: |
氢气作为一种密度低、燃烧范围宽的可燃气体,泄漏后易与空气混合形成可燃性非均匀混合气体,在受限空间内,遇到点火源极易发生燃爆事故。本文将针对受限空间内氢气-空气非均匀混合气体的爆炸火焰传播特性展开研究。 利用Fluent软件,对氢气随扩散时间的运移过程进行数值研究。空间内氢气-空气随扩散时间的增加,由非均匀混合状态逐渐转变为均匀混合状态。氢气泄漏过程中,始终在空间中上部运动。扩散初期气体非均匀程度较高,上部氢气左右运动。扩散至60 s时,形成氢气分布在中上部,空气分布在下部的稳定状态。之后氢气在重力作用下逐渐向下方扩散,扩散至200 s左右时,空间内的氢气浓度趋向同一数值,约为1.25 采用水平可视化管道系统,研究不同当量比(0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8),不同扩散时间(0 s、10 s、60 s、180s、300 s)条件下的氢气-空气爆炸压力和爆炸压力上升速率。结果表明当量比对爆炸压力的影响较大。当量比在1~1.8之间,压力震荡幅度较大,其中当量比为1.4时压力震荡幅度最大。当量比为0.6时,气体的扩散时间对可燃气的爆炸压力影响较大。当量比在0.6~1.2之间,湍流程度高且非均匀状态下的最大爆炸压力最大;当量比在1.4~1.8之间,气体湍流程度低且非均匀状态下的最大爆炸压力最大。非均匀混合气体能增强爆炸能量释放,但均匀混合气体爆炸强度相对较大,其中扩散时间为300 s时的爆炸强度最大,为45.11 MPa 结合高速摄影仪,研究不同当量比、扩散时间下的氢气-空气混合气体爆炸火焰结构和爆炸火焰传播速度。结果表明气体扩散时间一定时,当量比越大,火焰表面褶皱越明显。当量比为1时的“郁金香”火焰结构最明显,且火焰亮度最大。同一当量比下,扩散时间为0 s、10 s(非均匀)比扩散时间为180 s、300 s(均匀)的火焰前锋褶皱多。低当量比时,火焰传播速度随扩散时间的减小而减小;高当量比时,火焰传播速度随扩散时间的增加而增大。非均匀氢气-空气火焰传播速度随着当量比的升高而不断减小,均匀气体的火焰传播速度随当量比的升高而不断增加。火焰传播速度最快出现在扩散时间为0s,当量比为1.2时,为125 m/s。 本文研究的成果以期为氢气-空气非均匀混合气体的爆炸火焰传播特性提供实验依据,为氢气工业化发展奠定坚实的安全基础。 |
论文外文摘要: |
As a combustible gas with low density and wide combustion range, hydrogen is easy to mix with air to form a non-uniform combustible mixture after leakage. In a confined space, it is easy to ignite and explode when encountering ignition sources. In this paper, the flame propagation characteristics of non-uniform mixtures of hydrogen and air in confined space are studied. The migration process of hydrogen with diffusion time was numerically studied by using Fluent software. With the increase of diffusion time, the non-uniform mixing state of hydrogen and air in space gradually changes to uniform mixing state. During the process of hydrogen leakage, it always moves in the upper middle of the space. At the initial stage of diffusion, the gas is non-uniform and the upper hydrogen moves from side to side. When it diffuses to 60 s, it forms a stable state in which hydrogen is distributed in the middle and upper part and air is distributed in the lower part. After that, hydrogen gradually diffuses downward under the action of gravity, and when it diffuses to about 200 s, the hydrogen concentration in the space tends to the same value, about 1.2510-2 kg/m³, and the gas mixture is relatively uniform. A horizontal visualization pipeline system was used to study the explosion pressure and explosion pressure rise rate of hydrogen-air under different equivalent ratios (0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8) and different diffusion times (0s, 10 s, 60 s, 180s, 300 s). The results show that the equivalent ratio has a great influence on the explosion pressure. When the equivalent ratio is between 1 and 1.8, the pressure oscillation range is large, and when the equivalent ratio is 1.4, the pressure oscillation range is the largest. When equivalent ratio is 0.6, the gas diffusion time has a great influence on the explosion pressure of combustible gas. When the equivalent ratio is between 0.6 and 1.2, the maximum explosion pressure is the largest under the condition of high turbulence and non-uniformity. The maximum explosion pressure is the highest when the equivalent ratio is between 1.4 and 1.8 and the gas turbulence is low and non-uniform. The non-uniform mixture can enhance the release of explosion energy, but the explosion intensity of the uniform mixture is relatively large, in which the explosion intensity of 45.11 MPam/s is the highest when the diffusion time is 300 s. The flame structure and flame propagation velocity of hydrogen air mixture under different equivalent ratio and diffusion time were studied by high-speed camera. The results show that when the gas diffusion time is constant, the more equivalent ratio is, the more obvious the flame surface folds are. When the equivalent ratio is 1, the flame structure of "tulip" is the most obvious, and the flame brightness is the largest. Under the same equivalent ratio, there are more folds of flame front with diffusion time of 0 s and 10 s (non-uniform) than with diffusion time of 180 s and 300 s (uniform). When the equivalent ratio is low, the flame propagation velocity decreases with the decrease of diffusion time. When the equivalent ratio is high, the flame propagation velocity increases with the increase of diffusion time. The flame propagation velocity of non-uniform hydrogen-air decreases with the increase of equivalent ratio, while the flame propagation velocity of homogeneous gas increases with the increase of equivalent ratio. The fastest flame propagation speed is 125 m/s when the diffusion time is 0s and the equivalent ratio is 1.2. The research results of this paper are expected to provide experimental basis for the explosion flame propagation characteristics of non-uniform mixture of hydrogen and air, and lay a solid safety foundation for the development of hydrogen industrialization. |
参考文献: |
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中图分类号: | X932 |
开放日期: | 2024-06-18 |