障碍物管道中H_2_CO_...爆炸特性影响的数值模拟研究_许宁.pdf
《障碍物管道中H_2_CO_...爆炸特性影响的数值模拟研究_许宁.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《障碍物管道中H_2_CO_...爆炸特性影响的数值模拟研究_许宁.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 44 卷 第 3 期安全Vol44 No32023 年 3 月Safety SecurityMar 2023引用格式:许宁,杨锦,成俊平,等障碍物管道中 H2/CO2/空气爆炸特性影响的数值模拟研究 J 安全,2023,44(3):3642作者简介:许宁(1970),本科,高级工程师,主要研究方向为燃气管道安全技术。Email:317070584qqcomDOI:1019737/jcnkiissn10023631202303006障碍物管道中 H2/CO2/空气爆炸特性影响的数值模拟研究许宁1高级工程师杨锦2成俊平2杨健1高级工程师郝永梅2教授(1常州港华燃气有限公司,江苏 常州 2132
2、99;2常州大学 安全科学与工程学院,江苏 常州 213164)【摘要】为掌握不同因素和不同条件对 H2/空气管道预混气体火焰传播的作用和影响,应用FLACS 软件在不同的当量比、燃料中的 CO2体积分数、障碍物数量和阻塞率等条件下,分别以火焰传播速度、超压、升压速率和温度等特征参数为表征,对半开口管道中 H2/空气预混火焰传播过程及其参数影响进行模拟研究。结果表明:当量比为 12 时,半开口管道中 H2/空气预混火焰最高温度最大,当量比为 1 时,H2/空气爆炸压力的最大超压和最大升压速率最大;CO2对 H2/空气预混火焰的传播具有明显的抑制作用,且随着燃料中 CO2体积分数的增加,抑制效果
3、越突出,预混火焰最高温度、最大超压和最大升压速率也就越小;障碍物的存在对预混火焰的传播具有激励作用,且激励效果在一定程度内随着障碍物数量和阻塞率的增大而增大。【关键词】H2/空气混合气体;半开口管道;最大超压;最大升压速率;火焰传播速度中图分类号:X932;TU9969文献标识码:A文章编号:10023631(2023)03003607基金资助:国家重点研发计划子课题(2019YFC0810700);江苏省重点研发项目(BE2021642);常州市社会发展科技支撑项目(CE20225033)Numerical Simulation Study on the Influence of Hydro
4、gen/AirPremixed Flame Propagation in PipelineXU Ning1YANG Jin2CHENG Junping2YANG Jian1HAO Yongmei2(1Changzhou Towngas China Company Limited,Changzhou Jiangsu 213299,China;2School of Safety Science and Engineering,Changzhou University,Changzhou Jiangsu 213164,China)Abstract:In order to understand the
5、 effects and influences of different factors and conditions on flame propa-gation of hydrogen/air premixed gas in pipeline,the influence process of flame propagation of hydrogen/airpremixed gas was simulated Characterized by flame propagation velocity,overpressure,pressure boost rateand temperature,
6、FLACS software was used to simulate the results of two scenarios with and without obsta-cles The effects of hydrogen/air premixed flame propagation in a semiopen pipeline were simulated underdifferent conditions such as equivalent ratio,volume fraction of CO2in fuel,number of obstacles and bloc-king
7、 rate The results show that when equivalent ratio is 12,the maximum temperature of hydrogen/airpremixed flame in semiopen pipeline is the maximum When equivalent ratio is 1,the maximum overpres-sure and maximum pressure boost rate of hydrogen/air explosion pressure are the maximum CO2has obvi-632023
8、 年第 3 期专项研究障碍物管道中 H2/CO2/空气爆炸特性影响的数值模拟研究ous inhibitory effect on hydrogen/air premixed flame spread,and with the increase of CO2volume fraction inthe fuel,the more prominent the inhibition effect is,the smaller the maximum temperature,maximum over-pressure and maximum pressure boost rate of premixed
9、 flame are The existence of obstacles has an incentiveeffect on the propagation of premixed flame,and the incentive effect increases with the increase of blocknumber and blocking rate to a certain extentKeywords:hydrogen/air mixture gas;half open pipe;maximum overpressure;maximum voltage boostrate;f
10、lame propagation velocity0引言氢气作为一种清洁高效的新能源被世界关注和应用,尤其在管道输送中应用愈加广泛。但 H2/空气预混气体具有较高的燃烧速率和较低的爆炸极限,一旦遇到点火源,往往会导致火灾爆炸事故。由此,研究 H2/空气燃料爆炸预混火焰传播规律和爆炸特性,从而制定有效的事故预防和控制措施,是安全、高效地利用氢能必须首先解决的重要问题。近几年,国内外在管道输氢及甲烷等介质预混火焰传播规律、特性等方面取得较多成果,为预防管道爆炸提供了理论基础。如郑凯1 通过建立大涡模型,研究 H2体积分数对 H2/甲烷预混火焰传播规律的影响,表明不同 H2体积分数下火焰传播结构变化
11、由传播过程中火焰前锋与已燃、未燃气体区域形成的逆向流动和涡旋之间的相互作用所决定;程方明等2 通过建立大涡模型,研究半封闭管道中多孔障碍物对甲烷/空气预混火焰传播的影响,得出障碍物是火焰增速和褶皱程度增强的主要原因,当火焰穿过障碍物后,传播速度与褶皱率明显增大,最大火焰传播速度可增加 587%,最大褶皱率可增加3927%;毛晨林等3 通过建立一维层流预混火焰模型,研究当量比和燃料混合物组分比例对NH3/H2预混火焰的影响,指出 NH3/H2预混层流火焰速度随着氨气含量增多单调减小,随着当量比的增大先增大后减小;Lukas 等4 通过建立 H2/空气二维预混火焰模型,研究当量比对 H2/空气预混
12、火焰稳定性的影响,表明在贫氧情况下,随着当量比增加,H2/空气预混火焰越不稳定,燃烧速度和火焰的传播速度也越大;Li 等5 通过建立 LES 模型,研究不同障碍物数量对汽油空气预混火焰的影响,得出预混火焰的压力和传播速度随着气体浓度和障碍物数量的增大而增大。目前国内外针对预混火焰的研究大多集中于汽油、甲烷等传统燃料,对单纯的 H2管道燃烧爆炸研究也有,但大多从 H2管道燃烧爆炸的单一影响因素着手研究,而 H2管道爆炸过程中往往受到多种因素的影响。本文通过数值模拟,同时考虑当量比、燃料中 CO2浓度和障碍物等多种因素对半开口管道中 H2/空气预混火焰传播的影响,为预防和控制 H2/空气混合气体燃
13、烧与爆炸事故的发生提供数据支持。1H2/空气爆炸特性影响因素H2/空气爆炸特性参数受多种因素的影响,如点火能量、初始温度、压力等。除此以外,当量比也是重要影响因素,极高或极低都会导致混气难点燃,也就是说混气燃烧存在浓度的上限和下限6;同样,CO2也能影响混气中的比例,且化学性质不活泼,直接降低燃烧反应速度7;而障碍物能加快火焰传播速度,这种激励作用主要是因为火焰遇到障碍物会在障碍物周围形成浓度较高的粘性边界层,从而转变为湍流,湍流进一步加快火焰和爆炸波的传播速度8。2数值模拟2 1FLACS 软件FLACS 作为 GexCon(CM/CMI)公司开发用于复杂生产区域通风、气体扩散、爆炸和连锁事
14、故潜在可能性分析的模拟仿真软件,已得到全尺寸试验验证,在石油、化工等高危领域优化布局设计、降低燃爆风险、减少事故损失方面有着广泛的应用。2 2模型构建以(0,0,0)为原点,沿 X 轴正方向,建立长 2m,直径为 01m 的三维圆柱管道模型,如图 1。管道半开口式,正方向闭口,负方向开口。X 轴划分 230 个网格,Y 轴划分 18 个网格,Z 轴划分 18 个网格。分73专项研究2023 年第 3 期障碍物管道中 H2/CO2/空气爆炸特性影响的数值模拟研究别在(0,006,006)、(04,006,006)、(08,006,006)、(12,006,006)、(16,006,006)处设置
15、 5个监测点,分别为监测点 15。监测点 13 主要监测障碍物工况下的压力等参数变化,监测点 35 主要用于监测 H2/CO2/空气不同浓度工况下的火焰温度、压力等参数变化。气体区域设置为以(17,003,003)为端点,长宽高分别为 03、006 和 006m的长方体区域;点火区域设置为以(18,004,004)为端点,边长为 001m 的正方体区域。障碍物为圆环状物体,厚度为 001m,第一个障碍物位于 X 轴的176m 处,第二个障碍物为 X 轴的 166m 处。图 1管道模型Fig1Pipeline model2 3模拟工况模拟工况信息,见表 1。工况 1、2、3 为不同当量比下的 H
16、2/空气预混火焰模型,工况 2、4、5 为燃料中不同 CO2体积分数下的 H2/空气预混火焰模型,工况 6、7 为不同障碍物数量下的 H2/空气预混火焰模型,工况 6、8 为不同障碍物阻塞率下的 H2/空气预混火焰模型。表 1模拟工况设置Tab1Simulation case setting模型工况序号当量比H2体积分数/%CO2体积分数/%障碍物数量/个障碍物阻塞率/%1081000002101000003121000004109010005108020006101000150710100025081010001753模拟结果与分析3 1当量比对爆炸特征参数的影响不同当量比下监测点 5 的温
17、度变化趋势,如图2。由图 2 可知,当量比为 12 情况下半开口管道中H2/空气预混火焰传播的最大温度峰值最大,10 情况下次之,08 情况下最小。模拟结果显示,监测点3、4 与监测点 5 一致。图 2不同当量比下监测点 5 的温度图Fig2Temperature of monitoring point 5 under different equivalence ratios不同当量比下监测点 3 的超压变化趋势,如图3。由图 3 可知,当量比为 1 时,半开口管道中 H2/空气预混火焰传播的最大超压峰值最大,且到达最大超压峰值的时间最短,12 情况下次之,08 情况下最小。模拟结果显示,监测
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 障碍物 管道 H_2_CO_ 爆炸 特性 影响 数值 模拟 研究 许宁
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。