障碍物条件下氢气火焰传播特性的大涡模拟计算

作     者：李想 王军 宋彩玉 梅苑 帅健 张光学 李云涛 LI Xiang;WANG Jun;SONG Caiyu;MEI Yuan;SHUAI Jian;ZHANG Guangxue;LI Yuntao

作者机构：浙江省白马湖实验室有限公司浙江省杭州市310000 浙江浙能富兴燃料有限公司 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京市100100 

基　　金：浙江省白马湖实验室有限公司-中国石油大学(北京)战略合作科技专项项目“城市燃气管道掺氢对站场设备影响的关键技术研究” JSYJY-KJFW-2021-022 

出 版 物：《油气储运》 (Oil & Gas Storage and Transportation)

年 卷 期：2024年第43卷第2期

页      码：144-152页

摘      要：【目的】与常规气体燃料相比,氢气的爆炸危险性更大,障碍物的存在又会极大地激励氢气燃烧,加快火焰传播速度,造成更为严重的事故后果。为减少氢气在障碍物条件下带来的破坏性伤害,揭示不同障碍物条件对氢气火焰传播特性的影响尤为重要。【方法】基于大涡模拟对不同障碍物形状及障碍物阻塞率条件下的氢气/空气燃爆过程进行数值模拟,重点研究了障碍物形状对火焰传播速度影响的差异性、对阻塞率变化的敏感性。【结果】当阻塞率较低时,与单边型障碍物相比,格栅型障碍物对火焰锋面处的规则流场具有更强的破坏作用,随着格栅型障碍物空隙数量的增多,其对流场运动的破坏性进一步提升,使得火焰锋面难以恢复至规则状态;阻塞率提高后,不同形状的障碍物对规则流场的破坏差异性变得不再明显,所有障碍物工况中火焰锋面均发生了持续性畸变;随着阻塞率持续提升,与格栅型障碍物相比,单边型障碍物将带来更高的火焰传播速度峰值;在相同阻塞率条件下,格栅型障碍物可通过调整单个空隙面积转变其对火焰加速的机理,从而增强加速效果。【结论】障碍物的形状、阻塞率是影响障碍物后方火焰锋面状态的关键因素,单边型障碍物对阻塞率的敏感性更强,而格栅型障碍物的加速潜力更高,阻塞率的增大会放大障碍物形状引起的加速差异性。研究成果可为氢气火灾事故防治提供基础的参考数据,并在氢能动力系统设计层面提供借鉴。

主 题 词：氢气 燃烧 障碍物 阻塞率 火焰传播 流场变化 流速变化 

学科分类：0820[工学-航空航天类] 08[工学] 0837[0837] 082003[082003] 

D　O　I：10.6047/j.issn.1000-8241.2024.02.003

馆 藏 号：203126121...