分岔管道内预混气火焰传播过程数值模拟

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可燃气体爆炸事故在工业和井下巷道上经常发生,随之造成的后果是大量的人员伤亡和财产损失。在工业和巷道上,通常看见的是等截面平直管道,但分岔管道也随处可见。煤矿井下开采过程中,井下巷道也是一种“管道”,其布置的非常复杂,分岔情况不可避免,另外,在收集井下巷道瓦斯气体和工业上运输可燃气体时,也会遇见到管道的分岔情况,由此可以看出研究分岔管道的意义重大,研究管道分岔口对气体爆炸火焰传播的影响很有现实意义和科研价值。首先,本文以文献中的实验条件为依据,利用FLUENT软件对直管道内预混火焰传播过程进行数值模拟,利用实验数据和照片验证了数值模拟中所选用的模型和参数设置方面的准确性和有效性,为后续问题的研究开辟了新途径。然后,利用已验证过的模型和参数分别对90°、135°和45°分岔管道内预混火焰传播过程进行数值模拟,主要研究了在分岔口前端直管道段火焰形状的变化以及分岔口产生的湍流对火焰温度,管道内压力以及火焰传播速度的影响。在前端直管道段,郁金香状火焰形成了两次,郁金香状火焰的形成与管道右端反射回来的压力波有直接关系,如果管道足够的长,郁金香状火焰可以多次形成。当火焰传播到分岔口时,由于障碍物诱导和面积突增的共同作用,湍流会增大,进而燃烧速度增大,从而导致热释放速率增大,造成的结果是分支管道内的火焰温度、压力和火焰传播速度均升高,因此分岔口后分支管道破坏程度随之增大。最后,将三种分岔角度的分岔口对预混火焰传播过程的影响进行对比,对此,本文从火焰温度、管道内压力以及火焰传播速度三个方面都给出了具体的定量分析,结果表明,当发生爆炸时,在分岔口后,90°分岔管道要比135°分岔管道破坏程度厉害,45°分岔管道破坏程度较小,另外还可以得出的结论是,分支管道T内的破坏程度要比分支管道R内的破坏程度会更加明显,所以在工业上或矿井设计、开拓时都应该尽量减少或避免管道分岔的情况,特别是90°分岔管道情况更应避免,这对实际具有重要的指导意义。
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