障碍物导致甲烷—氧气爆炸的三维数值模拟

２
鬻 ，ｕ ＋）
： ＋ｃ ｐ ，其 中 为 分 子 黏 性
，
为
常 数 ；Ｒ ， 反 应 速 率 ，采 用 Ｅ Ｕ （ 涡 耗 散 ） 反 为 Ｂ 旋
应模 型 Ｒｈ ｐ ｍｉ（ ｆ，＇ ｖ， ｓ Ｋ， 中 ， Ｊ＝ Ａ ｎ Ｙ ｕ ， ／ ｏ） ／ 其 ｏ
—一
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为 常数 ；
为 氧气 的 化 学 反应 计 量 系 数 ．
由于 壁 面 附 近 流 场 结 构 变 化 剧 烈 ，用 壁 面 函
数来 处理 ． 数 值 计 算 时 采 用 ＳＭＰ Ｅ格 式 ． Ｉ Ｌ
２ 结果 与讨 论
被 耗 对点火后的管 ０ 耋 警 内火焰传播及流场变化进 消 妻中 喜 喜
霞用描障 物 影 ；为ｒｔ ； 和 常 ； ＝ ） （ ＋） ，以述 碍 的 响 Ｐｄ ｃ ｃ 数 ５ （券 一 ｐ； ａ１ 。 为 ｎ数 Ｋ
５警 ＝ ， ＝ ｆ ＋ 一 鬻 Ｇ （ ＋） 一 ＋， ） ＝ Ｏ ｘ ；＝ 筹 警筹
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第２ ７巷 第 ４期
２０ ０ ２年 ８月
煤
炭
学
报
Ｖｏ ． １ ２７ Ａｕｇ．
Ｎｏ． ４ ２ ０２ ０
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩ ＮＡ ＣＯＡＬ Ｓ Ｉ ＴＹ ＯＣ Ｅ
文 章 编 号 ：２ ３—９ ９ （０ ２）４— ３ １— ３ ０５ ９ ３ ２０ ０ ０ ７ ０
基 于 Ｋ—ｓ湍 流 燃 烧 的旋 涡 破 碎 模 型 ，对 充满 甲烷 一氧气 混 合 物 的 管 内 一 端 点 火 后 ，在 管 壁 和 管 内 多
块 挡 板 作 用 下 发 生 的 爆 炸 现 象 进 行 了三 维 数 值 模 拟 ． 根 据 计 算 结 果 ，对 管 内火 焰 加 速 和 激 波 的生 成 与 发 展
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式 中 ， ，ｔ 别 为 空 间 和 时 间 坐 标 ；Ｐ为 密 度 ；Ｐ为 压 力 ；ｈ为 分 总焓 ；ｕ 为 ｉ 向 的速 度 分 量 ，脚标 ｉ ， 方 ， 后
收 稿 日期 ：２ ０ １ ０ ０ ｔ一 ２— ５ 基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ９ ３ ０ ０） １８ ２ ３
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煤
炭
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为求 和 约 定 ；Ｙｏ Ｃ 为燃 料 质 量 分 数 ；Ｋ 和 分 别 为 湍 流脉 动 动 能 和湍 流 耗 散 能 ； ， ． 别 为面 空 度 和 体 分
ｋ。
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阵 面 形 状 发 生 变 化 ；传 至 挡 板 时 ，从 上 方 翻 越 ，
ｏｌ 。 ｏ
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上 管 处 火 传 度 快， 成２ 突出 方 角 ， 焰 播速 最 形 个
薹 薹二
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因 ，挡 作 下 火 形 发 了 杂 变 此在板 用 ，焰 状 生 复 的
行 加 速 ，并 导 致 爆 炸 ． 基 于 湍 流模 型 和 Ｅ Ｕ—Ａ ｒ ｅ ｉｓ燃 烧模 型 ，利 用 Ｓ ＭＰ Ｅ格 式 对 甲烷 一空 Ｂ ｒ ｎｕ ｈ Ｉ Ｌ
气混 合 物 在 管 内燃 烧 时 ，因 障碍 物 的 作 用 而发 生 的 爆 炸 现 象进 行 了三 维 空 间 的数 值 模 拟 ． 计 算 结
．
行 了计 算 ． 图 ｌ为 不 同 时 刻 的 管 内 火 焰 形 状 ． 点
火初 期 ，火 焰 基 本 保 持 平 整 ；接 近 挡 板 时 ， 火焰
．
图 内…一维… 传 管火三．问ｅ 焰 ’ …播 李 ｇｌ ：
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障 碍 物 导 致 甲烷 一氧 气 爆 炸 的 三 维 数 值 模 拟
范宝 春， 姜孝海， 波 谢
（ 京理工 大学 动 力Ｔ程 学院 ，江苏 南 京 南 ２０９ ｔ０ ４）
摘 要 ：许 多因燃 烧 导 致 的爆 炸 事故 都 与 空 间 局部 受 限 有 关 ，例 如 管 壁 和 管 内障碍 物 可 使 火焰 自
果描 述 了 火焰 加 速 和 激 波 生成 的过 程 ．
关 键 词 ：爆 炸 ；湍 流 燃 烧 ；数 值 模 拟
中图 分 类 号 ：Ｔ ７ ２ ７ Ｄ ｌ． ｌ
文 献 标 识 码 ：Ａ
瓦 斯 爆 炸 是 煤 矿 主 要 的恶 性 事 故 ，由 于其 发 生 频 率 高 、破 坏 性 广 、社 会 影 响 大 ，故 长 期 以来 一直 受 到 广 泛 关 注 、 实 践 证 明 ，许 多 因燃 烧 导 致 的爆 炸 都 与空 间局 部 受 限 有关 ，如 坑 道 的 壁 面 和其 间 的 障 碍 物 等 ．燃 烧 产 物 因 膨 胀 压 缩 周 围气 体 而 产 生 流 动 ，坑 道 壁 面或 障 碍 物 会 把 这 种 流 动 诱 发 为 湍 流 ，从 而 大 大 提 高 燃 烧 速 率 和 火 焰 传播 速 度 ． 燃 烧 、流 动 、湍 流 和 湍 流 燃 烧 间 的 相 互 影 响 和 相 互 加 强 导 致 火焰 不 断 的 加 速 ． 它类 似 于 加 速 活 塞 ，可 在 其 前 方 形 成 激 波 ，达 到 一 定 强 度 时便 产 生爆 炸 ．
进 行 了讨 论 ．
１ 数 学 模 型
基 于 Ｋ— 模 型 ，有 守 恒 方 程
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