湍流状态下竖直管道内甲烷-煤尘预混特征及爆炸过程数值模拟

• 作者: 张嬿妮 文虎 李海涛 王秋红 罗振敏 翟小伟 邓军 陈晓坤
• 来源期刊: 煤炭学报
• 学科: 工学
• 关键词: 预混爆炸 湍流强度 点火延迟 火焰结构 火焰传播速度
• 年，卷（期）: 2018,（6）
• 页码范围: 1769-1779
• 页数: 11页
• 分类号: TD712
• 字数: 9937字
• 语种: 中文
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.0039

摘要

为揭示管道内甲烷-煤尘预混湍流特征及爆炸火焰传播过程,构建了竖直管道内甲烷-煤尘预混扩散及爆炸物理数学模型;基于流体力学及传热-传质理论,对管道内甲烷-煤尘扩散特征和爆炸过程进行了数值模拟.划分了管道内气固两相扩散特征阶段,分析了初始真空度和进气压力对扩散湍流强度的影响规律;研究了煤尘粒径、浓度及甲烷浓度对爆炸最大压力及最大爆炸压力上升速率的影响特征;揭示了管道内甲烷-煤尘预混爆炸过程中火焰传播特征及爆炸机制.结果表明:煤尘颗粒在竖直管道罐内扩散可分为快速注入、减速分散、稳定和沉降4个连续阶段,初始真空度及进气压力对湍流强度均有影响;爆炸过程中,不同时刻下管道整体爆炸压力场基本均匀分布.甲烷浓度、煤尘浓度及粒径与最大爆炸压力Pmax及最大爆炸压力上升速率(dP/dt)…均呈现二次函数关系;不同时刻下爆炸火焰结构及火焰高度、火焰传播速度的模拟与试验结果具有较好的一致性,火焰结构呈现“月牙-S-下凹月牙-指尖”传播至爆炸结束.温度分布不均,高温区集中在管道上部和中下部.火焰传播速度先增大后减小,后期呈现震荡性特征.