圆柱罐体内氢气-空气混合气体燃烧特性的CFD分析

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氢气-空气混合气体燃烧特性试验分析

氢气-空气混合气体燃烧特性试验分析

氢气-空气混合气体燃烧特性试验分析涂腾;胡珀【摘要】为了保证严重事故下安全壳的完整性,氢气点火器燃烧缓解措施被广泛应用于核电站内。

本文在1个20 m3立式圆柱罐体内进行9.28%浓度下的氢气燃烧试验,结合GASFLOW 数值模拟和其他试验数据,对本次试验结果进行了综合分析。

试验和模拟结果均表明:9.28%浓度下氢气完全燃烧,罐体内温度和压力快速增加;燃烧过程中罐体内高温气体通过辐射传热、对流换热和相变传热3种方式向罐体结构散热,使得罐体内温度和压力随时间逐渐降低,达到泄压和冷却的作用;燃烧过程有明显的方向性,即点燃后火焰在浮力作用下沿罐体中心线向上传播,到达顶部后转而沿罐体四周向下燃烧,燃烧初期火焰速度为11.15 m/s ;试验中由于内部构件的影响,火焰传播更为复杂。

%The hydrogen igniter combustion mitigation system is widely used in nuclear power plant for the purpose of ensuring the integrity of containment under severe acci‐dent .Combined with the numerical simulation using GASFLOW and other test data , the results obtained from the hydrogen combustion test carried out in a 20 m3 cylinder with 9.28% hydrogen were analyzed .The results show that the hydrogen is completely consumed ,leading to a rapid increase in temperature and pressure inside the tank .T he heat could be transferred from the gas to the cylinder by three means :radiation ,convec‐tion and phase change .T his heat transfer process could largely reduce the temperature and pressure in the cylinder ,resulting in cooling of the gas and depressurization of the tank .At the beginning of the combustion ,the flame will propagate upward along the centerline of the cylinder as a resultof buoyancy ;once reaching the roof of the tank ,it turns around and spreads downwards .The flame propagation speed is around 11.15 m/s . Under the influence of different internal structures in the test ,the propagation of the flame is more complex .【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】6页(P1792-1797)【关键词】氢气燃烧试验;氢气点火器;火焰传播【作者】涂腾;胡珀【作者单位】上海交通大学核科学与工程学院,上海 200240;上海交通大学核科学与工程学院,上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TL364.1压水堆核电站发生严重事故时燃料包壳发生锆水反应可产生大量氢气。

氢气泄漏过程的理论模型计算及CFD模拟

氢气泄漏过程的理论模型计算及CFD模拟

氢气泄漏过程的理论模型计算及CFD模拟柯道友;毕景良;李雪芳【摘要】采用Fluent数值模型虽然可以较为准确地预测氢气泄漏后的扩散和运动规律,但是建模及计算时间较长.提出一种新型理论模型,可以在很短时间内预测氢气泄漏的扩散和运动规律,适用于应急处理.为了探究理论模型的准确性,还建立了二维和三维的CFD模型进行计算.对不同尺寸泄漏口的水平和竖直方向的两种射流进行了研究,计算了氢气泄漏时射流轮廓及摩尔分数分布,预测了基于可燃极限计算的储罐周围的安全区域.比较了氢气射流的理论模型和CFD模型计算结果,并且与前人的实验结果做了比较,吻合度很好.研究还发现Froude数较高的射流是动量控制的射流;而较低情况下有射流很强的浮升力效应,氢气的摩尔分数下降速率加快.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2013(064)009【总页数】8页(P3088-3095)【关键词】氢气泄漏;理论模型;CFD;Froude数;射流【作者】柯道友;毕景良;李雪芳【作者单位】清华大学热能工程系,热科学与动力工程教育部重点实验室,北京100084;清华大学热能工程系,热科学与动力工程教育部重点实验室,北京100084;清华大学热能工程系,热科学与动力工程教育部重点实验室,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TK91引言随着国际社会对环境与能源问题的日益关注,氢能受到了越来越多的重视。

近年来关于氢气的研究较多,氢气燃料在欧美地区已经得到了较广泛的应用,氢气作为将来能源的载体前景十分广阔。

随着氢气的广泛应用,氢气储运技术日益成熟,储氢罐及输氢管道的数量日益增加。

氢是最轻的元素,比其他气体燃料更容易从小孔中泄漏。

如果发生泄漏,氢气就会迅速扩散。

氢气具有很大的浮力(快速上升)和很大的扩散性(横向移动)。

氢气的密度小,扩散系数高,在发生泄漏的情况下,氢在空气中可以向各个方向快速扩散,浓度迅速降低。

在空气中,氢的燃烧范围很宽,氢气/空气混合物的燃烧范围是4%~75%(体积分数)。

氢气-空气预混火焰传播特性的数值模拟研究

氢气-空气预混火焰传播特性的数值模拟研究

体 ,开展 了该混合气体预混火焰在光管 中的传播加 涡耗 散 概念 )燃 烧模 型 。利用 S I MP L E格式 对 氢气 /
速 过程 的实 验 研 究并 以此 分析 光 管 中影 响 火焰 加 速 空 气 预 混 火 焰 在 光 管 中传 播 特 性 进 行 二 维 数 值 模 过程 的主要 因素 。对 乙烯 的实 验结 果 显示 , 初 始压 力
1 数 值 模 拟
1 . 1 控 制方 程
程分为四个 阶段 ,最后所获得 的的实验和数值结果 较为吻合。B y c h k o v m 等通过采用 C l a n e t [ 5 1 提出火焰加 速机理 ,开展了有关丙烷 一空气 预混火焰在 管道 中
收稿 日期 : 2 0 1 3 — 0 8 — 0 2 基金项 目: 中央高校基本科研业务费专项资金( 编号 : Z X H 2 0 1 2 J 0 0 1 )
理方 面 开展 了一 定 的研 究 , 但仍 有改 善 的空 间 。在 国 外, T h o ma s [ 等 针 对 氢气 / 空气 和乙烯 / 空 气 混 合 气 基 于此 , 本 文应 用 F L U E N T流场 计 算 软 件 , 基 于
标准 湍 流 五 一 模 型和 E D C ( E d d y — d i s s i p a t i o n C o n c e p t ,
《 装备制造技术) 2 0 1 3 年第 1 1 期
氢气 一空气预 混火焰传 播特性 的数值模拟研究
李 书明 ,张旭 龙 , 程关兵
( 中国民航大学航空工程学院 , 天津 3 0 0 3 0 0 )
摘 要: 应用 F l u e n t 流体计算软件 , 基 于标 准湍流 一 g模型 和 E DC 燃烧模 型, 采用 S I MP L E格式算法对常温常压下对常 温 常压 下氢气 /空气预混 火焰在 光滑管道 q - 的传播 特性进行二 维数值 模拟 , 获得 火焰传播速度 、 火焰结构 、 表 面积 、 火 焰到达位置 和时刻沿管道变化情况。结果表 明 : 火焰传播速度先增加后逐渐减 小。在 离点火端 1 0 5 mm 处到达最大值 ,

氢气甲烷空气预混气体爆燃特性及抑制规律研究

氢气甲烷空气预混气体爆燃特性及抑制规律研究

氢气/甲烷/空气预混气体爆燃特性及抑制规律研究天然气已被广泛的使用,但由于其本身燃烧特性的限制,其燃烧效率在实际的应用中不能满足能源高效利用的需求,如燃烧极限窄、燃烧速率慢等。

在天然气中加入氢气可以降低混合燃料的点火能量并提高燃烧速率,但氢气混合燃料火灾爆炸事故的危险性显著增加。

为了更好地在生产实际中安全使用氢气/甲烷/空气预混燃料,本文对氢气/甲烷/空气预混气体的爆燃特性及抑制进行了实验研究。

实验内容包括:不同条件下预混气体爆燃规律研究,粉体表征及甲烷条件下抑爆粉体最佳浓度的确定,预混气体抑爆特性及机理分析。

通过研究获得以下研究成果:在自主搭建的实验平台上研究了湍流、管道长度和不同点火位置对火焰传播特征影响,发现:当氢气的添加比例小于70%时,湍流对气体的爆燃有促进作用;当氢气的添加大于70%时,静态条件下气体的爆炸压力高于湍流条件下的爆炸压力;长管火焰传播过程中各个氢气添加比例下都有郁金香型火焰结构,而短管则不能形成;点火位置IP与氢气添加比例φ对火焰前锋发展与火焰传播速度的影响呈现不同规律,可分为三类。

当氢气添加比例不超过0.75时,仅当IP位于管道中后部时,超压出现周期性振荡,且点火位置距泄爆端越近,振荡时间越长。

通过粉体抑爆系统对预混气体的爆燃进行粉体抑制,分析了粉体对火焰结构、爆炸压力和火焰传播速度的影响。

各粉体的在甲烷条件下最佳浓度分别为氢氧化镁为0.24g/L、碳酸氢钠为0.2g/L、二茂铁为0.24g/L和磷酸二氢铵为0.2g/L。

抑制甲烷爆炸方面,碳酸氢钠粉体优于其他三种粉体,当氢气添加比例较低时,碳酸氢钠和磷酸二氢铵粉体使火焰前锋产生破碎的现象,其他两种粉体则未出现。

碳酸氢钠、磷酸二氢铵、二茂铁和氢氧化镁四种粉体分别在氢气添加80%、70%、100%和80%及以上时无抑制效果。

从火焰传播速度而言,碳酸氢钠和磷酸二氢铵对于氢气添加比例较低的预混气体具有较好的抑制效果,当氢气添加比例在20%时两者火焰锋面与火焰速度关系基本为一条直线。

氢气-空气混合气体燃烧特性试验分析

氢气-空气混合气体燃烧特性试验分析

t i o n a n d p h a s e c h a n g e . Th i s h e a t t r a n s f e r p r o c e s s c o u l d l a r g e l y r e d u c e t h e t e mp e r a t u r e
数据 , 对 本 次试 验 结 果 进 行 了综 合 分 析 。试 验 和 模 拟 结 果 均 表 明 : 9 . 2 8 浓度下氢气 完全燃烧 , 罐体 内
温度和压力快速增加 ; 燃 烧 过 程 中罐 体 内高 温 气 体 通 过 辐 射 传 热 、 对流换热和相变传热 3 种 方 式 向 罐 体 结构散热 , 使 得 罐体 内 温度 和压 力 随 时 间逐 渐 降低 , 达 到 泄 压 和冷 却 的作 用 ; 燃烧 过程 有 明 显 的方 向 性 , 即点 燃 后 火 焰 在 浮 力 作 用 下 沿 罐 体 中 心 线 向 上传 播 , 到 达 顶 部 后 转 而 沿 罐 体 四周 向下 燃 烧 , 燃 烧 初 期 火 焰速度 为 1 1 . 1 5 m/ s ; 试 验 中 由于 - 内部 构 件 的 影 响 , 火焰传播更为复杂 。
Ab s t r a c t :Th e h yd r o ge n i gn i t e r c o m bu s t i o n mi t i ga t i o n s y s t e m i s wi d e l y us e d i n nuc l e a r
c on s u me d,l e a d i n g t o a r a p i d i nc r e a s e i n t e mp e r a t u r e a nd p r e s s u r e i ns i d e t he t a n k. The he a t c o ul d be t r a ns f e r r e d f r o m t he ga s t o t h e c yl i nd e r by t hr e e me a ns:r a d i a t i on,c o nv e c —

管道氢气_空气预混气体爆炸特征的试验研究_路长

管道氢气_空气预混气体爆炸特征的试验研究_路长

物理机理包括火焰表面积增加、燃烧产物膨胀、燃烧因障碍物 而延迟。李伟等[4] 研究了高压氢气输运装置的物理爆炸特 征及灾害,得到了外部流场中的气体泄漏压力和浓度分布等 值线图。孙作宇等[5] 用高速纹影法研究了初始压力和当量 比对球形氢 / 空层流预混火焰传播特性的影响,结果表明,表 面拉伸作用随火焰的传播而衰减,火焰不稳定性增强。Xiao 等[6]通过试验与模拟对水平管道内的氢 / 空预混气爆炸火焰 的传播特性进行了研究,突破性地发现了在封闭管道中扭曲 变形的郁金香火焰。贾宝山等[7] 研究了氢气对瓦斯爆炸的 促进机理,得 出 氢 气 能 够 在 一 定 程 度 上 促 进 瓦 斯 爆 炸。 Ma 等[8]研究了氢气 的 加 入 对 瓦 斯 爆 炸 的 影 响,结 果 发 现,在 开 放空间火焰传播速度一直处于上升阶段。Tanaka 等[9]建立 大型试验平台来研究氢气爆炸的危害,结果表明,氢气浓度是 影响爆炸火 焰 传 播 速 度 与 爆 炸 超 压 的 显 著 因 素。 Ingram[10] 和 Battersby[11]等研究了细水雾对氢气爆炸的抑制作用,结果 表明,氮气和细水雾共同抑制的效果比各自单独抑制的好。
配气方法为排空气法,即在管道右端充入氢 / 空预混气的 同时,在左端上方排气。设置质量流量控制器的流量,通入 4 倍管道体积的预混气以确保管道中的氢气体积分数的准确 性[12]。压力及光电信号和火焰图片的采集: 压力及光电信号 采集频率均为 15 kHz; 火焰传播过程的拍摄在黑暗环境中进 行以确保火焰清晰,由高速摄像仪以 2 000 帧 / s 的速度进行 高速拍摄,以捕捉爆炸火焰结构及火焰锋面位置。 2. 2 试验重复性
近年来国内外学者对氢气爆炸的危害、机理、火焰传播、 爆炸温度及压力等进行了研究。王飞跃等[1] 对氢气贮柜爆 炸伤害效应进行了预测,得出了 300 m3 的氢气贮柜混入空气 爆炸所达到的温度及超压,以及二次爆炸对人体及房屋的损 伤半径。Hidenori[2]试验研究了氮气稀释下氢氧混合气爆炸 的压力特性,得出了在空气中直接点燃而发生爆轰的最小试 管直径。程关兵等[3]试验研究了障碍物管道中氢气-空气预 混火焰传播的物理机理,结果表明,火焰初始阶段传播的主要

氢气的可燃性知识点总结

氢气的可燃性知识点总结

氢气的可燃性知识点总结一、氢气的燃烧特性1. 燃烧反应氢气与空气或氧气发生燃烧反应时,会产生水和热量,化学方程式为:2H2 + O2 → 2H2O + 燃烧热燃烧反应释放的热量非常大,是一种高效的能量转化过程,因此氢气被认为是一种清洁能源。

2. 燃烧速度氢气的燃烧速度非常快,是一种典型的高速燃烧气体。

在适当条件下,氢气的燃烧速度甚至可以达到每秒5-10厘米,是天然气、甲烷等常见燃气的数倍甚至数十倍。

3. 燃烧温度由于氢气的燃烧反应释放的热量非常大,因此其燃烧温度也较高。

在控制燃烧条件下,氢气的燃烧温度可以达到约2000摄氏度。

由于燃烧温度较高,氢气在工业生产和燃料使用中通常需要采取有效的冷却和防护措施,以确保安全生产和使用。

二、氢气的火灾和爆炸危险1. 火灾危险由于氢气具有高燃烧性能和燃烧速度快的特点,一旦氢气泄露并遇到火源,容易发生火灾。

在空气中,氢气的燃烧极易形成火焰,温度较高,不易觉察,从而对生命和财产造成严重威胁。

2. 爆炸危险氢气在一定浓度范围内混合气体可燃限内,遇到火源或高温物体容易发生爆炸。

氢气的爆炸范围较宽,当浓度达到4-75%时,混合气体可燃。

一旦氢气与空气混合形成可燃气体并遇到点火源,容易形成爆炸。

三、氢气的安全措施1. 生产过程中应加强安全管理,采取严格的防火防爆措施,防止氢气泄露和火灾爆炸事故发生。

2. 储存和使用氢气时,要严格遵守规定的操作程序,确保氢气的安全使用和储存。

3. 对氢气进行监测和检测,及时发现氢气泄漏情况,并采取相应的应急措施。

4. 优化氢气的使用方式,采用尽可能安全的工艺和装备,降低氢气的火灾和爆炸风险。

四、氢气的安全应用尽管氢气具有较高的火灾和爆炸危险性,但由于其清洁、高效的能源特性,目前已经被广泛应用于航空航天、新能源汽车和工业生产等领域。

为确保氢气的安全应用,需要从以下几个方面加强管理和控制:1. 加强生产过程管理,建立完善的安全生产制度和操作规程,加强设备安全保护和设施改造,降低氢气泄露风险。

CFD2013-第12讲-燃烧的数值计算

CFD2013-第12讲-燃烧的数值计算

关于化学反应速率
2级反应(两个分子反应)
A B eE fF
相撞概率 AB 两个分子相撞,发生反应
2级反应
3级反应(三个分子反应)
A B C eE fF
相撞概率 ABC
2A B eE fF
相撞概率 A2 B
3级反应
4级反应(四个分子反应) 非常罕见,目前尚未发现
一、 基本概念
燃烧流动: 包含化学反应的流动问题
研究热点: 提升燃烧效率; 保证燃烧稳定性; 减小污染物排放 ……
1. 混合气体、组分
流体
微团
例: H2 在空气中燃烧, 组分为:H2, O2, H2O, O, H, OH, HO2, H2O2, N2 气体微团为这些组分气体的混合物;
各组分的密度:i mi / V
混合气体的密度: m /V i i
质量分数:
ci i /
ci 1 i
组分的分压:
pi
i RiT

R0 Mi
iT
Mi 组分的摩尔质量
根据Dalton分压定律
p
i
pi
i
R0 Mi
iT

i
ci R0 T Mi
混合气体的内能及焓:
e(T ) ciei (T ) i h(T ) cihi (T ) i
1012
H2+OH->H2O+H
1010
H2+O2->OH+OH
Kf
108
106
500
1000 T 1500 2000
单位摩尔浓度气体反应速度随温度的变化
3) 可逆反应

储罐内可燃气云爆炸压力数值模拟对比分析研究

储罐内可燃气云爆炸压力数值模拟对比分析研究

全性问题,同时可 将 理 论 解 和 少 量 试 验 结 果 作 为 数值计算结果的验证 。 [4~6]
常用确定容器内部爆炸载荷数值模拟方法主 要有两种:一种是 将 气 云 爆 炸 的 破 坏 作 用 等 效 为 TNT爆炸 的 破 坏 作 用,即 为 TNT当 量 法,通 过 模 拟炸药的 爆 炸 压 力 近 似 得 到 可 燃 气 云 的 爆 炸 载 荷;还有一种是基 于 流 体 动 力 学 和 化 学 反 应 动 力 学理 论,实 现 爆 炸 流 场 各 物 理 量 的 模 拟。 文 献 [7]即 采 用 TNT当 量 法,对 1000m3 立 式 钢 储 罐 进行了数值模拟,探 讨 了 不 同 因 素 (浓 度、高 径 比 及流固耦 合 等 )对 爆 炸 载 荷 的 影 响,分 析 了 爆 炸 冲击载荷下储罐的应力。 而 文 献 [8]则 采 用 流 体 动力 学 (CFD)方 法,基 于 Fluent软 件 分 析 了 连 通 容器 内 气 体 爆 炸 流 场 中 温 度、压 力、速 度、密 度 和 燃烧速率随时间 的 变 化 规 律,较 为 清 晰 地 反 映 出 气体爆 炸 过 程。 TNT当 量 法 和 计 算 流 体 动 力 学 (CFD)方法都能 够 比 较 准 确 地 计 算 爆 炸 压 力,但
立式拱顶储罐在我国的大型油库和石油化工 企业得到了广泛 应 用,其 内 部 储 存 油 品 挥 发 出 的 可燃气体与空气 混 合 后,遇 点 火 源 极 易 引 发 爆 炸 事故 。 [1~3] 在我国 石 油 石 化 介 质 储 存 中,储 罐 已 逐 步 实 现 大 型 化 ,储 罐 容 量 越 大 ,意 味 着 单 个 储 罐 发生燃烧爆炸事 故 引 起 的 损 失 越 大,因 此 需 要 对 储罐安全性予以更多的重视。合理确定储罐内部 的燃爆载荷及其 变 化 规 律,对 于 减 少 爆 炸 事 故 的 发 生 、储 罐 的 设 计 、研 发 和 后 期 维 护 具 有 重 要 的 指 导意义。试验无疑是科学研究获取相关参数最直 接 有 效 的 方 式 ,但 由 于 爆 炸 具 有 很 强 的 破 坏 作 用 , 如 果 完 全 通 过 试 验 来 获 取 数 据 ,花 费 巨 大 ,此 外 还 存在不可预测的 安 全 性 问 题。采 用 理 论 模 型 (经 验公式)可 以 直 接 获 得 最 大 超 压,但 过 度 的 简 化 往往使计算结果产生较大的偏差。数值计算为爆 炸问题的研究提 供 了 一 种 新 思 路,能 够 获 得 更 加 全 面 、足 够 精 确 的 计 算 结 果 ,花 费 较 小 又 不 涉 及 安

氢气空气在多孔介质微燃烧器中预混燃烧特性的数值模拟

氢气空气在多孔介质微燃烧器中预混燃烧特性的数值模拟

氢气/空气在多孔介质微燃烧器中预混燃烧特性的数值模拟微尺度燃烧随着MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术的发展而被提出,在便携式发电方面存在很大潜力。

多孔介质燃烧技术通过提高热传导,增强燃烧室热循环,可以作为增强微型燃烧器火焰稳定性的一种潜在手段。

多孔介质微型燃烧技术从九十年代才开始发展,仍存在较多科学难题需要深入研究。

本文分别应用热平衡模型和非热平衡模型两种常用研究思想对氢气/空气的预混气体在平板型多孔介质微燃烧室内的燃烧特性展开CFD模拟研究。

非热平衡模型在热平衡模型的基础上进一步考虑气固两相之间的对流换热和气相的热弥散效应。

本文首先分析了应用热平衡模型条件下入口条件(入口流速U0和当量比Φ)、多孔介质属性(多孔介质孔隙率ε和多孔介质导热系数ks)以及壁面导热系数kw对壁面温度、火焰温度、火焰位置、火焰速度等燃烧特性的影响。

研究表明,相比于自由火焰,多孔介质微型燃烧室可以实现更高的壁面温度、更低的火焰温度及更均匀的温度分布和OH分布。

在有多孔介质填充的微尺度燃烧室内火焰位置随着入口流速的增大呈“U”形发展。

当多孔介质导热系数ks与壁面导热系数kw在同一数量级时,有助于将火焰稳定在狭窄的范围内。

另外火焰速度随入口流速的增大线性变化。

本文还应用非热平衡模型进行了数值模拟研究,作为热平衡模型计算结果的补充和优化。

非热平衡模拟过程中重点研究了各关键参数对热循环效果的影响。

结果表明:与更准确的非热平衡模型相比,热平衡模型计算得到的火焰温度偏低,火焰位置偏上游。

但是多孔介质导热系数很低时,两种模型之间的差异减小。

孔隙度ε和多孔介导热系数ks在多孔介质微燃烧室中对回热效果有显著的影响,主要表现在火焰位置和壁温分布的差异上,但是燃烧温度随这两个参数的变化基本不变。

气体混合物和多孔介质之间的对流换热引起的热循环对预热未燃烧气体起决定作用,通过燃烧室壁面的导热引起的热循环对预热未燃烧气体起次要作用。

管道中氢 空气预混火焰传播动力学实验与数值模拟研究

管道中氢 空气预混火焰传播动力学实验与数值模拟研究

模拟结果与实验结果基本一致,表明当甲烷与空气混合比例达到一定值时, 火焰加速现象明显。此外,模拟结果还揭示了其他影响因素如管道尺寸、流速以 及燃烧器形状和尺寸对火焰加速的影响规律。通过模拟,我们进一步了解到甲烷 空气预混气体火焰加速的详细过程以及各因素之间的相互作用机制。
结论:
通过实验研究和数值模拟,我们发现管道中甲烷空气预混气体在一定条件下 存在明显的火焰加速现象,且这种现象受到混合比例、管道尺寸、流速以及燃烧 器的形状和尺寸等多种因素的影响。实验和模拟结果的一致性表明,数值模拟可 以有效地预测和解释实验现象,为甲烷空气预混气体火焰加速的研究提供了有力 支持。
4、求解微分方程:利用数值求解方法,如欧拉法、龙格-库塔法等,可以求 解微分方程组,得到反应过程中各个组分的浓度变化。
5、模型参数选择:根据实验数据,我们可以对模型参数进行拟合和优化, 以使模型预测结果与实验数据尽可能一致。
谢谢观看
实验研究:
实验旨在研究管道中甲烷空气预混气体的火焰加速现象。实验材料包括甲烷 气体、空气、不同规格的管道和燃烧器。实验过程中,将甲烷与空气按照一定比 例混合,然后通过管道输送至燃烧器进行燃烧。实验结果发现,当甲烷与空气混 合比例达到一定值时,火焰加速现象明显,且加速程度随着混合比例的增加而提 高。

通过对实验过程的详细分析,我们发现甲烷空气预混气体的火焰加速主要受 以下因素影响:混合比例、管道尺寸、流速以及燃烧器的形状和尺寸。这些因素 之间的相互作用使得火焰加速现象变得复杂。
数值模拟:
为了进一步深入研究甲烷空气预混气体火焰加速现象,我们采用了数值模拟 方法。首先,通过建立数学模型,对甲烷空气预混气体在管道中的燃烧过程进行 模拟。模拟过程中,我们采用了湍流模型和化学反应动力学模型,以考虑流场和 化学反应对火焰加速的影响。

化学氢气燃烧实验报告

化学氢气燃烧实验报告

实验名称:氢气燃烧实验实验目的:探究氢气在空气中燃烧的现象,了解氢气的可燃性及其燃烧产物的性质。

实验时间:2023年10月25日实验地点:化学实验室实验人员:张三、李四一、实验原理氢气(H2)是一种无色、无味的气体,在空气中具有极高的可燃性。

当氢气与氧气(O2)在点燃条件下混合时,会发生剧烈的燃烧反应,生成水(H2O)并放出大量的热能。

该反应的化学方程式为:2H2 + O2 → 2H2O本实验通过观察氢气燃烧的现象,验证氢气的可燃性,并探究其燃烧产物的性质。

二、实验材料1. 氢气瓶2. 火柴3. 烧杯4. 澄清石灰水5. 试管6. 滴管7. 玻璃棒8. 纯净氢气9. 空气三、实验步骤1. 准备工作:将氢气瓶打开,将氢气通入烧杯中,直至烧杯内充满氢气。

2. 点燃氢气:用火柴点燃氢气,观察火焰的颜色。

3. 观察燃烧现象:将冷而干燥的烧杯罩在火焰上方,观察烧杯内壁是否出现水珠。

4. 检验燃烧产物:将烧杯取下,向其中加入少量澄清石灰水,振荡,观察石灰水是否变浑浊。

5. 再次点燃氢气:将氢气瓶中的氢气重新通入烧杯,重复步骤2-4。

四、实验现象1. 点燃氢气时,火焰呈淡蓝色。

2. 烧杯内壁出现水珠,说明氢气燃烧生成了水。

3. 澄清石灰水未变浑浊,说明氢气燃烧未生成二氧化碳。

五、实验结论1. 氢气在空气中具有可燃性,燃烧时火焰呈淡蓝色。

2. 氢气燃烧的产物为水,无二氧化碳生成。

3. 氢气燃烧放出的热量较高,可用于能源利用。

六、实验讨论1. 实验过程中,如何确保氢气纯度?答:在实验前,应检查氢气瓶的密封性,确保氢气纯度。

2. 实验中,为什么未观察到二氧化碳生成?答:氢气燃烧的产物为水,无二氧化碳生成。

在实验过程中,由于燃烧温度较高,二氧化碳可能已与氢气发生反应生成水。

3. 氢气作为能源的优点有哪些?答:氢气作为能源具有以下优点:(1)燃烧热值高,能量密度大;(2)燃烧产物为水,无污染;(3)原料丰富,可再生。

七、实验反思1. 在实验过程中,应注意安全操作,避免氢气泄漏引发火灾。

球形容器内H2-Air爆燃特性的数值模拟

球形容器内H2-Air爆燃特性的数值模拟

球形容器内H2-Air爆燃特性的数值模拟
郭涵予;陶刚;张礼敬;严景艺
【期刊名称】《安全》
【年(卷),期】2016(037)010
【摘要】为了研究氢气在密闭容器中燃烧的发展过程,基于20L球形容器中H2-air爆炸实验(Crowl and Jo,2009),采用数值模拟的方法对密闭容器中Φ=1的混合气体的爆炸压力和火焰锋面位置进行了详细分析。

通过对比实验和模拟的结果可知:燃烧过程中受重力影响使得不同方向的火焰传播速度不同,导致实际燃烧过程与模拟相比较为缓慢;壁面的阻碍作用导致火焰在密闭容器内传播速度先增加后降低;实验过程中的热耗散和浮力影响是导致误差的主要原因。

【总页数】4页(P21-24)
【作者】郭涵予;陶刚;张礼敬;严景艺
【作者单位】南京工业大学安全科学与工程学院江苏省城市与工业安全重点实验室;南京工业大学安全科学与工程学院江苏省城市与工业安全重点实验室;南京工业大学安全科学与工程学院江苏省城市与工业安全重点实验室;南京工业大学安全科学与工程学院江苏省城市与工业安全重点实验室
【正文语种】中文
【相关文献】
1.球形容器内可燃气体泄爆过程的数值模拟 [J], 尤明伟;蒋军成;师喜林
2.圆筒形容器内可燃气体爆燃过程的数值模拟 [J], 毕明树;尹旺华;丁信伟
3.大型球形密闭容器内可燃气体爆炸过程的数值模拟 [J], 严清华;王淑兰;李岳;丁
信伟
4.椭球形与球形下封头压力容器内熔融物滞留传热特性分析 [J], 刘芳;张亚培;田文喜;苏光辉;秋穗正
5.非球形弹丸超高速撞击充气压力容器碎片云特性数值模拟 [J], 盖芳芳;于丽艳;于月民
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CFD-多组分与燃烧分析

CFD-多组分与燃烧分析
– 生成新的混合物. – 改变已有混合物的物性/化学反应.
3.Fluent燃烧模型
有限速率模型小节
• 优点:
– 可以应用于nonpremixed, partially premixed和premixed combustion – 简单、直观 – 应用广泛
• 缺点:
– 不适合混合速率与化学反应动力学时间尺度相当时候的化学反应 (要 求 Da >>1).
f=0 f=1
f=0
• 多燃料进口的扩散火焰:
60% CH4 20% CO 10% C3H8 10% CO2
21% O2 79% N2 60% CH4 20% CO 10% C3H8 10% CO2
f=1 f=0 f=1
3.Fluent燃烧模型
系统化学平衡假设
• 化学反应很快到达平衡. • 可以考虑中间组分.
Rj Rjk k
• Rjk (第k 个化学反应生成或消耗的j 组分)是根据 Arrhenius速率公 式、混合或涡旋破碎(EBU)速率的小值。.
• 混合速率与涡旋寿命相关, k / .
– 物理意义是湍流涡旋是决定化学反应的首要因素。对于非预混燃烧 ,湍流涡旋决定了组分混合;对于预混燃烧湍流决定了热输运(高 温加热低温)。即:化学反应决定于湍流混合组分(非预混燃烧) 和热量(预混燃烧)的速率。
– 满足局部化学平衡. – 控制体(计算单元)组分、物性决定于燃料和氧化剂在该处的混合程
度.
• 化学反应机理不明确.
– 用化学平衡计算来处理化学反应 (prePDF).
• 只求解混合物分数及其方差的输运方程, 无需求解组分的输运方程. • 可以严格考虑湍流与化学反应的相互作用
3.Fluent燃烧模型

PFI 氢内燃机的氢-空气混合特性

PFI 氢内燃机的氢-空气混合特性

PFI 氢内燃机的氢-空气混合特性段俊法;刘福水;孙柏刚【摘要】以1台4缸进气道燃料喷射内燃机为基础,建立了包含进气管道和气缸的氢内燃机进气系统三维仿真模型。

提出用混合气不均匀性系数来评价氢-空气混合状况,仿真研究了氢内燃机边界条件下的进气气流运动规律和混合过程,发现氢-空气混合状况主要取决于气流的搬运作用和扩散面积。

探讨了氢气喷射相位和喷射压力对氢-空气混合速度和混合均匀性的影响,并以不均匀性系数为指标优化了PFI氢内燃机不同转速和当量比下的喷射相位与喷射压力。

%A 3D simulation model of air intake system including intake pipe and cylinder was built based on a 4-cylinder and in-take port fuel injection hydrogen internal combustion engine .The non-uniformity coefficient was put forward to evaluate the mixing condition of hydrogen-air mixture .The intake air flow movement and mixing process of hydrogen internal combustion engine in the boundary conditions was simulated and researched with the model .It was found that the key factors for mixing condition were airflow carrying function and diffusion area .In addition ,the influence of hydrogen injection pressure and timing on hydrogen-air mixing velocity and uniformity was investigated and the injection timing and pressure of different engine speed and equivalent ratio were optimized according to the non-uniformity coefficients .【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P29-32)【关键词】氢内燃机;进气道燃料喷射;混合气形成;均匀性;喷射相位【作者】段俊法;刘福水;孙柏刚【作者单位】北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081; 华北水利水电大学机械学院,河南郑州 450045;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】TK431随着石油资源日益紧缺和环境污染日益加剧,研究者更加关注内燃机替代燃料。

钝体阶梯扩管型微燃烧器内氢气-空气燃烧特性及协同性分析

钝体阶梯扩管型微燃烧器内氢气-空气燃烧特性及协同性分析

钝体阶梯扩管型微燃烧器内氢气-空气燃烧特性及协同性分析左青松;朱鑫宁;张建平;王志奇;张彬【摘要】In order to improve combustion stability and combustion efficiency, micro-combustor mathematical simulation was studied based on bluff body and backward-facing step combuster. The results show that the backward-facing step in combustion chamber can increase the flame propagation speed and expand the blow-off limits of flame, and both increases with the increase of the equivalence ratio (that is, the ratio of the theoretical air mass of complete combustion to the actually air mass). Furthermore, the combustion efficiency of combustors increases firstly and then decreases with the continual increase of inlet velocity or equivalence ratio, and combustion efficiency of combustor with backward-facing step is higher than that of without step under the same conditions. While the heat dissipation ratio of the two types of micro combustors increases with the decrease of inlet velocity, and it increases firstly and then decreases with the increase of equivalence ratio. With the increase of inlet mixed gas velocity, field synergy numbers of the micro combustor with and without the backward-facing step increase firstly and then decrease, but increase again.%为提高微燃烧器燃烧稳定性和燃烧效率,基于钝体直管和钝体阶梯扩管燃烧器进行微尺度燃烧数值模拟分析研究.研究结果表明:在钝体微燃烧器中加入阶梯扩管结构有助于促进火焰传播和扩大火焰稳定燃烧极限,而且两者的吹熄极限均随当量比(即完全燃烧所需的理论空气质量与实际供给的空气质量之比)的增大而增大;燃烧器的燃烧效率均随当量比和入口混合气速度的增大而降低,而且钝体直管型燃烧器的燃烧效率要比扩管型燃烧器低;散热损失比均随当量比增大呈先增大后降低,随入口速度增大而降低;钝体直管燃烧器协同数高于钝体阶梯扩管,两者的协同数都随入口的混合气速度增大先增大后降低再增大.【期刊名称】《中南大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(048)011【总页数】9页(P2926-2934)【关键词】微燃烧器;钝体;阶梯扩管;吹熄极限;热扩散率;协同数【作者】左青松;朱鑫宁;张建平;王志奇;张彬【作者单位】湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭,411105;湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭,411105;湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭,411105;湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭,411105;湖南大学机械与运载工程学院,湖南长沙,410082【正文语种】中文【中图分类】TK421随着微机电系统(micro electro mechanical systems,MEMS)技术的迅速发展,人们对微型动力系统性能提出了更高的要求。

管道中氢—空气预混火焰传播动力学实验与数值模拟研究

管道中氢—空气预混火焰传播动力学实验与数值模拟研究

管道中氢—空气预混火焰传播动力学实验与数值模拟研究可燃气预混燃烧是燃烧实际应用中最基础、最重要的研究课题,也是其火灾、爆炸事故防治的基本研究对象。

由于受限空间中的预混火焰动力学是内燃机燃烧的典型过程,同时也代表爆轰波发展中的火焰加速、爆燃向爆轰转变等过程,因此在工程燃烧和爆炸安全等方面均有重要应用。

另外,氢气作为一种未来具有广阔前景的新能源,开展氢-空气可燃混合气体燃烧特性和行为的研究势在必行。

同时,开发和验证与之相应的、能够广泛应用的燃烧模型和方法对于氢气燃烧应用和爆炸安全具有举足轻重的作用。

本研究的主要目的是为预混燃烧动力学及其机理提供深入的基础性研究,并为预混燃烧和爆炸安全科学研究和工程应用提供坚实的理论基础和可靠的燃烧模型与方法。

本论文主要完成两个研究目标。

第一个目标是系统地研究管道中预混燃烧动力学特性,包括火焰动力学及其与压力波的相互作用、动态升压特性以及火焰传播的内在动力学机理。

本文的另一个重要的目标是研究管道中气体爆炸动力学特性,在此基础上发展和验证能够合理预测灾害性气体爆炸的理论模型和数值方法。

本论文的研究基于管道中预混氢-空气预混火焰传播的实验测量和计算流体动力学(CFD)数值模拟。

在实验中,运用高速纹影摄像方法和压力测试技术研究了水平放置的半开口管道和封闭管道中不同当量比的氢-空气火焰动力学和升压特性。

高速摄像仪和纹影设备用来记录燃烧过程中火焰形状和位置随时间的变化规律。

压力传感器用来测量这种非稳态燃烧过程中的瞬态压力随时间变化特性。

另外,实验还研究重力、开口率和当量比对燃烧动力学的影响。

在数值模拟中,预混火焰的传播过程分别模拟为二维和三维的化学反应性流动。

在二维的数值模拟中预混燃烧采用动态增厚火焰模型(TF模型)进行模拟。

氢气在空气中的化学反应采用19步详细化学反应机理进行求解。

三维的数值模拟通过两种不同的数值方法开展。

第一种方法基于与二维模拟一样的燃烧技术,即动态增厚火焰模型。

乙醇-氢气-空气混合物层流燃烧特性研究

乙醇-氢气-空气混合物层流燃烧特性研究

乙醇-氢气-空气混合物层流燃烧特性研究张嘉玮;姜根柱;张衍;王筱蓉;许沧粟【期刊名称】《新能源进展》【年(卷),期】2022(10)6【摘要】氢气是一种高效的添加剂,可以改善生物质燃料的层流燃烧特性。

为研究氢气对乙醇−空气预混层流火焰燃烧特性的影响,利用定容燃烧弹结合高速纹影摄像技术,系统研究了初始温度为400 K,初始压力为0.1 MPa和0.4 MPa,氢气含量为0%、10%、30%、50%、70%和90%,当量比为0.7~1.4时的氢气−乙醇−空气混合燃料的层流燃烧速度(LBV)、火焰厚度和马克斯坦长度等参数,并采用辐射校正公式使LBV更加精准。

通过数值仿真构建预混火焰模型,与实验结果进行对比。

结果表明,氢气比例的增加可以提高混合燃料的层流燃烧速度。

当氢气比例小于50%时,LBV随氢气比例的增加线性增长。

而当氢气比例大于50%,LBV随氢气的增加呈指数增长。

初始压力的上升虽然降低了LBV,但提高了LBV的增长率。

此外,随着氢气比例和初始压力的增加,火焰厚度减小,马克斯坦长度降低,火焰的不稳定性增强。

【总页数】7页(P558-564)【作者】张嘉玮;姜根柱;张衍;王筱蓉;许沧粟【作者单位】江苏科技大学;浙江大学【正文语种】中文【中图分类】TK464【相关文献】1.液化石油气-氢气-空气层流燃烧特性的研究2.氢气添加对乙醇/空气预混火焰燃烧特性影响的数值模拟研究3.高温高压条件下乙醇-空气-稀释气预混合气层流燃烧特性研究4.甲烷-正十二烷-空气混合物预混层流燃烧特性的试验分析5.丙烷-氢气-空气预混层流燃烧特性研究因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

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第 3 5 卷 第 2期
2 01 5正
核 科 学 与 工 程
Nuc l e a r Sc i e nc e a nd Eng i ne e r i ng
Vo 1 . 35 N O. 2
6月
J u n . 2 0 1 5
圆柱 罐体 内氢 气一 空气 混合 气 体 燃烧特 性的 C F D 分 析
速, 大于 1 2 的情 况 下有 燃爆 转 换 的 可 能 。 不 同 浓 度 混 合 气 体 燃 烧 的 火 焰 传 播 路 径 也 不 同 , 较 低 浓 度
气 体 燃 烧 火 焰 先 向上 再 向下 传 播 , 较 高浓 度气 体燃 烧 火 焰 向 四 周 传 播 。
关键词 : GA S F L 0 W; 氢气燃烧 ; 火焰加速 ; 燃爆转换 ; 火 焰 路 径
Ac c or d i ng t o t he s i g ma c r i t e r i on a nd l a mb da c r i t e r i o n, i t ha s t he p o s s i bi l i t y o f f l a me a c c e l e r a t i o n f or mi xt u r e wi t h h yd r og e n c o nc e n t r a t i o n hi gh e r t h a n 1 1 pe r c e n t a nd
朱桂学, 胡 珀
( 上海交通大学 , 上海 2 0 0 2 4 0 )
摘要 : 点 火 器 广 泛 应 用 于核 电站 以实 现 氢 气 低 浓 度 下 的 控 制 性 燃 烧 , 缓 解 核 电 站 严 重 事 故 下 的 氢 气 风 险 。本 文 应 用 三 维计 算 流体 力 学 程 序 GA S F L OW 对 一 圆 柱 罐 体 内 不 同浓 度 的 氢 气 一 空t i o n t o de t o na t i o n t r a ns i t i o n ( DDT) f or m i x t ur e wi t h hy d r o g e n c o nc e n t r a t i o n
ZH U G ui — xu e。 H U Po
( S c h o o l o f Nu c l e a r S c i e n c e a n d En g i n e e r i ng,S ha n g ha i J i a o t o n g Uni v e r s i t y,S ha n g h a i 2 0 0 2 4 0,Chi n a )
特 性 进 行 分 析 。低 浓 度 氢 气 混 合 气 体 只 有 极 少 部 分 燃 烧 , 大于 8 的情 况 下 出 现 明显 的 氢 气 燃 烧 和 温
度、 压 力 的上 升 。根 据 火 焰 加 速 准 则 和 燃 爆 转 换 D/ 7 A准则 , 大于 1 1 的 情 况 下 可 能 会 出 现 火 焰 加
t h e mi x t u r e wi t h l o w c o n c e n t r a t i o n o f h y d r o g e n,a n d t h e p r e s s u r e a n d t e mp e r a t u r e h a v e o b v i o u s l y r i s e s f o r t h e c a s e s wi t h h y d r o g e n c o n c e n t r a t i o n h i g h e r t h a n 8 p e r c e n t .
Ab s t r a c t :On pur p o s e o f mi t i g a t i ng h yd r og e n ha z a r ds i n n uc l e a r po we r p l a nt s i n t he c a s e of s e v e r e a c c i de nt s ,t h e h yd r og e n i g ni t e r i s us e d wi de l y t O c o nt r o l t he c o mb us t i o n o f hy dr o ge n i n l o w c o nc e nt r a t i o n.Th e c o m bu s t i o n of h yd r og e n — a i r mi x t u r e i n a c y l i nd e r i s a na l y z e d wi t h t h e 3 D CFD c od e GASFLOW .Onl y p a r t of t he hy d r o ge n i s c on s u me d f o r
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