受限空間內甲烷-空氣預混火焰傳播動力學

前言

第1章 緒論 1
1.1 安全背景 1
1.2 能源利用背景 3
1.3 研究意義 4

第2章 可燃預混氣體燃燒研究進展 6
2.1 預混火焰 6
2.1.1 層流預混火焰傳播理論 6
2.1.2 火焰不穩定性 10
2.1.3 湍流預混燃燒 12
2.1.4 火焰自湍化理論 17
2.2 受限空間內預混火焰發展機制 17
2.2.1 障礙物對火焰傳播的加速機理 18
2.2.2 爆燃向爆轟轉捩 19
2.2.3 受限空間內可燃氣體抑爆技術 20
2.3 基於亞格子湍流燃燒模型的爆燃模擬 20
2.4 受限空間內可燃氣體燃燒的研究評述 21

第3章 燃燒實驗診斷技術 22
3.1 溫度測量 22
3.1.1 接觸式測溫法 23
3.1.2 非接觸式測溫法 25
3.2 火焰自發光圖像攝影法 27
3.3 流場結構測定 28
3.3.1粒子圖像測速技術 28
3.3.2衍射成像法 33
3.4 燃燒反應進程測量 35
3.4.1 離子探針測量技術 36
3.4.2 平面激光誘導熒光技術 36

第4章 實驗系統和實驗方法 38
4.1 實驗系統 38
4.1.1 燃燒管道 38
4.1.2 配氣與洗氣系統 40
4.1.3 點火系統 41
4.1.4 高速攝影儀 41
4.1.5 壓力測量系統 42
4.1.6 離子電壓測試系統 42
4.1.7 數據采集儀 43
4.1.8 同步控制器 44
4.2 實驗程序與初始條件 44
4.2.1 實驗方法 44
4.2.2 實驗程序 44
4.2.3 實驗初始條件 45

第5章 可燃預混氣體火焰傳播的大渦模擬 46
5.1 物理模型 47
5.2 湍流模型 47
5.2.1 RAN8 48
5.2.2 LE8 48
5.3 亞格子燃燒模型 51
5.4 數值方法、初始條件和邊界條件 53

第6章 空管道內甲烷-空氣預混火焰傳播動力學 54
6.1 甲烷-空氣預混火焰傳播的實驗研究 54
6.2 甲烷-空氣預混火焰傳播的數值模擬研究 55
6.2.1 火焰形態變化特征 55
6.2.2 火焰速度變化特性和升壓特性 56
6.2.3 火焰鋒面和流場的相互作用 57
6.2.4 燃燒反應強度和火焰面厚度 58
6.3 長徑比對甲烷-空氣預混火焰傳播特性的影響 59

第7章 置障管道內甲烷-空氣預混火焰傳播動力學 63
7.1 置障管道內甲烷-空氣預混火焰的實驗研究 63
7.1.1 火焰形態變化特征 64
7.1.2 火焰前鋒動力學特性 66
7.1.3 升壓特性 67
7.2 亞格子燃燒模型的預測性能分析 68
7.2.1 火焰形態變化 68
7.2.2 火焰前鋒傳播速度變化和升壓特性 68
7.3 阻塞率對甲烷-空氣預混火焰傳播特性的影響 70
7.3.1 火焰形態變化特性 70
7.3.2 火焰前鋒傳播速度變化特性和升壓特性 70
7.3.3 流場結構 72
7.3.4 障礙物對火焰傳播的影響機制 74
7.3.5 溫度場 75
7.3.6 渦量特征 76
7.3.7 湍流和火焰的相互作用機制 77

第8章 孔口障礙物管道內甲烷-空氣預混火焰傳播動力學過程 80
8.1 火焰表面積理論推導 80
8.2 孔口形障礙物管道內甲烷-空氣預混火焰傳播特性的實驗研究 84
8.3 模擬有效性驗證 88
8.3.1 網格獨立性分析 88
8.3.2 Pope准則驗證 89
8.4 模型對比分析 90
8.4.1 渦黏模型對比 90
8.4.2 湍流火焰速度 91
8.4.3 靜態和動態power-law 91
8.5 模擬初始條件和邊界條件 93
8.6 數值模擬結果 94
8.6.1 不同模型模擬結果對比 94
8.6.2 不同power-law模型計算結果對比 99
8.7 球形和指形階段甲烷-空氣預混火焰傳播動力學過程 102
8.7.1 火焰結構變化 103
8.7.2 火焰鋒面位置和速度 104
8.8 孔口形障礙物對甲烷-空氣預混火焰傳播的影響 106
8.8.1 火焰面湍流火焰速度 106
8.8.2 管道內溫度 107
8.8.3 管道內流場 110
8.8.4 管道內渦量 112
8.8.5 管道內壓力分布 114
8.9 火焰燃燒機制 116

第9章 障礙物孔形、孔間距對甲烷-空氣預混火焰傳播影響 118
9.1 障礙物開孔形狀對火焰傳播過程的影響 118
9.1.1 火焰形態 118
9.1.2 火焰傳播速度 119
9.1.3 壓力動態變化 120
9.2 障礙物孔間距對火焰傳播的影響 121
9.2.1 火焰形態變化特性 122
9.2.2 火焰前鋒傳播速度變化規律 123
9.2.3 管道內壓力動態變化規律 125

第10章 障礙物孔數對甲烷-空氣預混火焰傳播影響 126
10.1 雙孔障礙物對管道內甲烷-空氣預混火焰傳播影響 126
10.1.1 火焰形態變化過程的自發光圈像 126
10.1.2 火焰形態變化過程的數值模擬 128
10.1.3 火焰前鋒傳播速度變化特性 130
10.1.4 管道內超壓特性 131
10.1.5 管道內流場分布的數值模擬 133
10.1.6 管道內速度分布的數值模擬 134
10.2 障礙物孔數對火焰傳播特性的影響 134
10.2.1 火焰形態發展變化特性 135
10.2.2 火焰前鋒位置與火焰速度 135
10.2.3 管道內壓力動態變化特性 137
10.2.4 火焰傳播和湍流的相互作用 138

參考文獻 139