置障條件下半密閉空間油氣爆炸特性實驗與數(shù)值模擬

歐益宏，李潤，袁廣強，李國慶，王世茂

（1陸軍勤務學院油料系，重慶 401311；2陸軍72489部隊，山東 煙臺 265301）

置障條件下半密閉空間油氣爆炸特性實驗與數(shù)值模擬

歐益宏1，李潤1，袁廣強2，李國慶1，王世茂1

（1陸軍勤務學院油料系，重慶 401311；2陸軍72489部隊，山東 煙臺 265301）

針對置障條件下容積式半密閉空間內(nèi)油氣著火爆炸特性進行了研究，通過高速攝影等技術(shù)手段對爆炸過程中火焰形態(tài)，爆炸超壓特性進行了實驗，并對實驗進行了大渦模擬，精確模擬了火焰與障礙物相互作用時的火焰形態(tài)，流場結(jié)構(gòu)，超壓特性，與實驗進行了對比分析。結(jié)果表明：障礙物的存在會使火焰結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，出現(xiàn)半球形圓錐形毛刷形的轉(zhuǎn)變，并在障礙物下游由于未燃氣體的卷吸產(chǎn)生火焰旋渦；爆炸超壓峰值的產(chǎn)生是燃燒速度與泄壓速度相互耦合作用的結(jié)果，在油氣爆炸過程中，障礙物的存在會導致燃燒速度以及泄壓速度的變化，進而對超壓峰值產(chǎn)生一定的影響。

障礙物；半密閉空間；大渦模擬；油氣；湍流；混合物；實驗驗證

引 言

油料在生產(chǎn)、儲存和運輸過程中不可避免地揮發(fā)、泄漏形成油氣，一旦產(chǎn)生爆炸，將會嚴重破壞人員生命財產(chǎn)安全[1-3]。以往有學者針對不同空間下油氣著火爆炸特性進行了研究[4-9]，然而這些研究大多針對連續(xù)無障礙空間，對于置障條件下油氣的爆炸特性研究較少。事實上，在如泵房、倉庫、操作間中等油氣容易聚集的半封閉空間中，常常存在各種障礙物，如油泵、裝備以及各類支護設施等，當爆炸火焰?zhèn)鞑サ秸系K物處，火焰會由于障礙物對氣體流場和火焰的擾動引發(fā)更強烈的爆炸，對人員生命財產(chǎn)安全造成更大的威脅。

國內(nèi)外許多學者針對置障條件下可燃氣體爆炸火焰結(jié)構(gòu)、火焰?zhèn)鞑ニ俣取⒘鲌鼋Y(jié)構(gòu)以及爆炸超壓進行了實驗以及數(shù)值模擬[10-21]，研究了不同初始條件[13]下障礙物的數(shù)量[14]、間距[15-16]、結(jié)構(gòu)形狀[17]、布置方式對爆炸特性的影響，并運用LES模型對不同置障條件下可燃氣體爆炸進行了數(shù)值模擬[18-21]，得到了容器內(nèi)爆炸的火焰結(jié)構(gòu)、超壓特性，并與實驗進行了對比。然而，這些研究大多針對甲烷、氫氣等單一工質(zhì)氣體在不同條件下可燃氣體爆炸的火焰結(jié)構(gòu)、超壓等表征特性，對于油氣這種混合工質(zhì)[22]在置障工況下的爆炸特性研究尚未見報道。同時，對于置障條件油氣爆炸下火焰結(jié)構(gòu)、流場和壓力波的耦合關(guān)系以及超壓峰值產(chǎn)生的原因還需進行更深入的研究。基于此，對置障條件下半密閉空間內(nèi)油氣著火爆炸進行了實驗，研究障礙物對油氣爆炸過程中火焰形態(tài)、爆炸超壓的影響，同時對實驗進行了大渦模擬，以精確模擬火焰與障礙物相互作用時的火焰形態(tài)、流場結(jié)構(gòu)、超壓特性，重點分析火焰結(jié)構(gòu)、流場與壓力波的耦合關(guān)系以及超壓峰值的產(chǎn)生機制。

1 實驗系統(tǒng)與方法

1.1 實驗系統(tǒng)

實驗系統(tǒng)主要由爆炸容器、CH濃度測試儀、點火系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高速攝影儀和同步控制器組成，如圖1所示。

為進行對比實驗，爆炸容器分為無障與置障兩種工況，容器由截面尺寸為150 mm×150 mm、高為200 mm、壁厚為20 mm的全透明有機玻璃制成，左右兩側(cè)開有6個直徑為20 mm的標準螺孔，頂部用聚乙烯薄膜密封，底部用鋼板密封，障礙物為 4塊150 mm×40 mm的平板，厚度為7.5 mm，平行對稱地安裝于容器兩側(cè)壁面，與容器底部的距離分別為75、125 mm，障礙物阻塞率為0.53。CH濃度測試儀為GXH-1050碳氫分析儀（精度0.01%）。點火系統(tǒng)采用實驗室定制的抗干擾點火系統(tǒng)，點火能量為1.6 J，點火頭安裝于容器底部中心位置。配氣系統(tǒng)由真空泵、油瓶、管路和閥門組成。壓力傳感器量程為0～5 kPa，測量精度為0.5%。位于側(cè)壁，距頂端50 mm，距兩邊各75 mm，實驗時采集頻率為10 kHz。采集分析軟件采用成都泰斯特公司生產(chǎn)的DAP7.1。高速攝影儀為 JVC高速閃存攝像機，頻率設置為500幀/秒。采用同步控制器來保證點火系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和高速攝影儀的同步觸發(fā)。為避免陽光對實驗圖像的干擾，實驗在暗室下進行。

1.2 實驗方法

實驗初始溫度為20℃，初始壓力為0.1 MPa，采用體積分數(shù)為 1.7%的油氣（化學當量比為1.05[23]）進行實驗，每次實驗前對實驗系統(tǒng)進行校核，確保測量誤差合理。然后利用真空泵產(chǎn)生的氣流在油瓶和管路中循環(huán)，加速油氣的揮發(fā)并將其吹入循環(huán)回路中，同時用CH氣體濃度分析儀實時監(jiān)測油氣體積分數(shù)，當油氣體積分數(shù)達到1.7%時，停止配氣。關(guān)閉油瓶左右兩側(cè)閥門，打開油瓶上部閥門，使油氣混合氣體在系統(tǒng)內(nèi)自然循環(huán) 2 min，使油氣均勻混合，接著啟動同步控制器，使點火系統(tǒng)、瞬態(tài)信號測試儀和高速攝影儀同步觸發(fā)，對火焰圖像和壓力進行采集。最后關(guān)閉實驗儀器，分析數(shù)據(jù)。為確保實驗準確性，進行重復實驗5次，取數(shù)據(jù)平均值進行分析。

2 數(shù)值模擬

2.1 控制方程

由于在置障條件下的油氣爆炸是一個強湍流爆燃過程，因此采用較能捕捉湍流特征的壁面自適應局部渦黏模型（WALE）的大渦模擬（LES）對實驗過程進行了重現(xiàn)。大渦模擬對小尺度的脈動進行過濾，而只對大尺度的湍流脈動通過N-S方程進行計算求解，而對小尺度脈動產(chǎn)生的影響則通過亞網(wǎng)格模型進行模型假設來模擬，經(jīng)過過濾后大渦模擬的控制方程[24]為

連續(xù)性方程

動量方程

能量方程

反應進程變量c的輸運方程

式中，ρ為密度；p為壓力；t為時間；ui、uj為速度分量；hs為顯焓；λ為熱導率；D為擴散系數(shù)；ω˙為歸一化的化學反應速率；橫線上角標為物理空間過濾量，波浪線上角標為質(zhì)量權(quán)重過濾量。亞網(wǎng)格熱焓通量通過梯度近似設為

式中，μSGS為亞網(wǎng)格黏度；PrSGS為亞網(wǎng)格Prandtl數(shù)；T為溫度；cp為比定壓熱容。

建立亞網(wǎng)格模型使控制方程封閉，WALE模型通過大渦速度場動態(tài)地求出亞網(wǎng)格模型的系數(shù)，能夠較為精確地捕捉層流到湍流的轉(zhuǎn)變，且不需要顯式過濾[25]，計算量較小。因此采用WALE模型作為計算的亞網(wǎng)格模型。其中渦黏模型方程為

模型中

2.2 燃燒模型

在湍流預混燃燒的模擬中，火焰的厚度一般較小，若直接計算，對網(wǎng)格的要求一般會比較高，因此采用的燃燒模型為Zimont模型，在該模型中，通過加厚火焰前鋒來計算湍流火焰速度

式中，A為模型常數(shù)；u'為均方速度；Ul為層流火焰速度；α=k/cp，為未燃混合物的摩爾傳熱系數(shù)；lt為湍流長度尺度。

2.3 計算模型

如圖2所示，所采用的計算模型與實驗臺架一致，為更精確地模擬邊界出口，在容器出口添加一600 mm×600 mm×300 mm擴展區(qū)域，并采用邊長為2 mm的六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對容器區(qū)域進行了加密處理，至外場區(qū)域逐漸擴大，總網(wǎng)格數(shù)量約為106萬個。整個計算區(qū)域采用有限體積法對區(qū)域進行離散，壓力速度耦合采用SIMPLE算法。初始區(qū)域溫度設置為300 K，壓力設置為大氣壓，即p=0，化學反應進程變量 c=0，在容器底部中心區(qū)域設置一個半徑為5 mm的半球形區(qū)域[26]，利用patch功能將該區(qū)域的反應進程變量c設為0.5，采用熱傳導方式模擬電火花進行點火，計算區(qū)域的邊界條件設為壁面固定、封閉、絕熱、無變形、無滑移、無滲透。

圖2 計算模型及網(wǎng)格Fig.2 Model and grid of calculation

3 結(jié)果與討論

3.1 火焰結(jié)構(gòu)

圖3為無障條件下高速攝影火焰?zhèn)鞑D像，初始時刻火焰形狀為半球形，火焰鋒面光滑，呈現(xiàn)層流燃燒狀態(tài)。t=14 ms以后由于浮力效應和容器側(cè)壁的限制，火焰形狀由半球形變?yōu)橹讣庑巍Ｈ紵诵螤钣山茍A形拉長為圓柱形。t=28 ms時，壓力波沖破聚乙烯薄膜，此時火焰還未傳播到容器口。在高溫已燃油氣的擠壓和容器內(nèi)外壓差的作用下，大量未燃油氣以較高速度泄放到空氣中，形成油氣云。由于破膜壓力小，未燃油氣泄放對火焰結(jié)構(gòu)影響較小，火焰陣面未發(fā)生明顯變化，火焰形狀一直保持指尖形，t=36 ms時，火焰?zhèn)鞑ブ寥萜骺凇?/p>

圖3 無障條件下高速攝影火焰?zhèn)鞑D像Fig.3 High-speed photographic flame propagation without obstacles

圖4 置障條件下高速攝影火焰?zhèn)鞑D像Fig.4 High-speed photographic flame propagation with obstacles

圖4為用高速攝影儀拍攝置障條件下的不同時刻火焰?zhèn)鞑ソY(jié)構(gòu)，將其與圖3對比可以看出，初始階段，火焰發(fā)展基本與無障礙時保持一致，火焰呈半球形向上傳播，t=20 ms，火焰前鋒在障礙物的作用下開始向內(nèi)擠壓，火焰陣面開始變形，火焰由層流向湍流狀態(tài)開始轉(zhuǎn)變，火焰?zhèn)鞑ラ_始加速。t=22 ms時，火焰剛好越過第1對障礙物，火焰峰面開始向兩側(cè)拉伸。t=26 ms時，聚乙烯薄膜破裂，火焰前鋒通過第2對障礙物，此時第1對障礙物下游的火焰面開始向兩側(cè)發(fā)生卷曲，并產(chǎn)生褶皺。t=30 ms時，火焰鋒面已經(jīng)越過第2對障礙物并開始向兩側(cè)拉伸，呈現(xiàn)“毛刷狀”，此時第1個障礙物下游火焰面已經(jīng)形成旋渦，t=36 ms時，火焰已經(jīng)傳播至容器外部，在容器內(nèi)部的火焰迅速擴展燃燒，形成強湍流火焰。

圖5為采用大渦模擬時火焰結(jié)構(gòu)隨時間變化的三維圖，為觀察火焰鋒面結(jié)構(gòu)，選用反應進程變量c=0.5等值面近似視為預混燃燒面[18]，在大渦模擬中，火焰結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)半球形→圓錐形→毛刷形的轉(zhuǎn)變，并在障礙物下游由于未燃氣體的卷吸產(chǎn)生火焰旋渦，最終形成強湍流火焰，將圖5與圖4進行比較，可以看到，大渦模擬很好地再現(xiàn)了實驗過程，這也驗證了 LES模型對模擬置障條件下油氣爆炸實驗的可行性。

圖5 火焰?zhèn)鞑ゴ鬁u模擬三維時序圖Fig.5 Flame propagation large eddy simulation 3D timing diagram

3.2 火焰結(jié)構(gòu)分析

為深入分析置障條件下油氣爆炸火焰結(jié)構(gòu)變化，在驗證了大渦模擬的有效性后，通過大渦模擬得到了火焰發(fā)展各個時期的壓力云圖和流場結(jié)構(gòu)（圖6），并將其與火焰結(jié)構(gòu)進行對比，進一步揭示火焰結(jié)構(gòu)、壓力波與流場之間的相互作用。

如圖6所示，t=20 ms時，當火焰穿過障礙物時，火焰前驅(qū)壓力波已經(jīng)傳播至第2個障礙物，由于障礙的阻礙，壓力波傳播到障礙物下游的壓力大大減小，因此在第1對障礙物下游形成了一個壓力遞減的低壓區(qū)域，形成較大的壓力梯度。同時由于壓力波的傳播，推動未燃氣體以較高的速度向上傳播，障礙物下游區(qū)域受到壓力波影響較小，產(chǎn)生較大的速度梯度，最終在障礙物下游產(chǎn)生了氣體旋渦區(qū)域。隨后，火焰前鋒越過第1對障礙物，由于障礙物下游與無障礙區(qū)域存在較大的速度梯度，且火焰鋒面向兩側(cè)拉伸，導致高溫低密度的燃燒流入低溫高密度的未燃氣體，在 Helmholtz不穩(wěn)定和Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定[27]的作用下，火焰鋒面出現(xiàn)褶皺。t=26 ms時火焰前鋒傳播到第2個障礙物，此時壓力波已經(jīng)越過第2個障礙物向上傳播至容器口，此時在兩對障礙物下游都形成了明顯的低壓圓形區(qū)域，未燃氣體繞此圓形區(qū)域形成明顯的速度旋渦，在第1對障礙物下游火焰鋒面在未燃氣體旋渦的卷吸下逐漸卷曲，并產(chǎn)生褶皺，形成弱湍流火焰，此時火焰表面積急劇增大，燃燒速率加快，壓力波同時也增強。t=30 ms時，火焰前鋒越過第2對障礙物并迅速向兩側(cè)擴展呈“毛刷狀”，此時壓力波已經(jīng)傳播至容器外部，但是可以看到，第2對障礙物下游的低壓區(qū)域仍然沒有消失，圍繞低壓區(qū)域仍然具有明顯的速度旋渦。

圖6 爆炸過程火焰結(jié)構(gòu)、流場結(jié)構(gòu)和壓力云圖Fig.6 Explosion process flame structure, flow field structure and pressure cloud

3.3 爆炸超壓

圖7 為置障實驗與大渦模擬爆炸超壓隨時間的變化，結(jié)合圖4分析實驗壓力發(fā)展趨勢，可以看到容器內(nèi)部超壓可分為4個階段：第1階段（0～15 ms）火焰呈層流狀態(tài)傳播，火焰表面積較小，超壓上升速率較慢；第2階段（15～26 ms），由于障礙物的擾動，火焰逐步“湍流化”，超壓開始急劇上升，t=26 ms時，容器頂部薄膜破裂，容器內(nèi)超壓達到第 1個峰值p1=2150.9 Pa。第3階段（26～34 ms）容器內(nèi)超壓出現(xiàn)壓力猛降后迅速回升并再次下降的趨勢，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是因為隨著薄膜破裂，容器變成開口狀態(tài)，容器內(nèi)大量未燃油氣隨著壓力波泄放到外部，造成超壓下降，隨后容器內(nèi)火焰表面積逐漸增大，超壓恢復上升，并在t=31.5 ms時爆炸出現(xiàn)超壓峰值p2=2045.4 Pa，隨后，容器內(nèi)部超壓逐漸下降；第4階段（34 ms以后），當t=34 ms時，容器內(nèi)超壓達到一個低壓峰值p3=1041.1 Pa，與文獻[28]不同，該峰值未能達到負壓，可能是由于觀測點與容器開口端較近且容器高度較低，導致外部火焰壓力波傳播時間較少，壓力還沒降到負壓就在外部爆燃的作用下逐漸上升，并于36 ms時產(chǎn)生超壓峰值p4，隨后超壓下降，在反向傳播的壓力波作用下，容器外部的油氣回流，容器內(nèi)燃燒再次加劇，超壓上升，如此反復，容器內(nèi)產(chǎn)生一個振幅遞減的 Helmholtz振蕩[29-30]，隨著燃料逐漸燃盡，火焰逐漸熄滅，超壓也逐漸下降為零。

圖7 置障油氣爆炸實驗與大渦模擬超壓時序圖Fig.7 Gasoline-air mixture explosion experiment and large eddy simulation overpressure timing diagram with obstacle

通過實驗與模擬超壓曲線的對比，可以看到由于實驗時在容器開口處加上了一層薄膜，因此實驗的超壓曲線中多出現(xiàn)了一個超壓峰值，文獻[17, 31]將其定義為“泄壓峰值”，該峰值的形成與容器體積、泄壓口面積、薄膜材料參數(shù)都有一定的關(guān)系[31]，而與障礙物的有無、數(shù)量并沒有直接聯(lián)系[28]。在本文實驗中，置障條件下該峰值 p=2150 Pa，無障條件下該峰值 p=2339 Pa，數(shù)值相差不大也證明了這一結(jié)論。薄膜破裂后，容器變成開口狀態(tài)，容器內(nèi)大量未燃油氣隨著壓力波泄放到外部，造成超壓下降，隨后容器內(nèi)火焰表面積逐漸增大，超壓恢復上升。在大渦模擬中，由于開口端并未設置任何薄膜，因此未出現(xiàn)此峰值，若忽略此峰值點，可以發(fā)現(xiàn)實驗超壓曲線與模擬結(jié)果變化趨勢基本吻合，說明大渦模擬對實驗的模擬是可行的。

圖8為無障礙物時油氣爆炸超壓隨時間的變化，通過圖8可以看出，無障礙物時容器內(nèi)部超壓經(jīng)歷了壓力平穩(wěn)—壓力陡升—壓力猛降后回升—振蕩衰減4個階段，在壓力變化過程中，容器內(nèi)部超壓僅出現(xiàn)了兩個峰值。與置障條件下爆炸的超壓曲線相比，“泄壓峰值”出現(xiàn)時間延后了2 ms，第2個壓力峰值則是在40 ms時才出現(xiàn)。可見，障礙物對容器內(nèi)部的火焰及壓力傳播都具有明顯的促進作用。

圖8 無障油氣爆炸實驗超壓時序圖Fig.8 Gasoline-air mixture explosion experiment overpressure timing diagram without obstacle

3.4 超壓分析

為進一步探究火焰?zhèn)鞑ミ^程中超壓曲線變化以及超壓峰值產(chǎn)生的原因,在大渦模擬中，將第2對障礙物下游至容器開口處獨立出來形成一個新的“容器B”，則“容器B”變成一個有進口、出口的通道，在此通道中分別計算容器內(nèi)的燃燒速度、泄壓速度，在Zimont模型中，平均反應速率為

式中，ρu為未燃混合物密度；Ut為湍流火焰速度。燃燒是通過未燃油氣的燃燒反應而使超壓上升，其速度可以用平均反應速率vaverage對整個火焰體積V積分計算表示，即

泄壓則通過排放氣體使超壓下降，其速度可采用進口與出口的油氣質(zhì)量流量差[32]計算表示，即

為了解超壓產(chǎn)生的機制以及障礙物在油氣爆炸超壓中起到的作用，繪制了“容器B”內(nèi)燃燒速度與泄壓速度、進口與出口油氣質(zhì)量流量隨時間變化的對比見圖9。

圖9 “容器B”內(nèi)燃燒速度與泄壓速度、進出口質(zhì)量流量隨時間的變化Fig.9 "Container B" within burning speed and pressure relief rate, import and export mass flow with time

結(jié)合圖5、圖9可以看出，初始時刻（t<24 ms時），火焰尚未傳播至“容器B”，進口質(zhì)量流量與出口質(zhì)量流量變化趨勢相同，燃燒速度與泄壓速度都在零左右波動，通道內(nèi)處于充分泄壓狀態(tài)，因此容器內(nèi)超壓變化并沒有明顯的增加。

t=24 ms時，火焰?zhèn)鞑ブ琳系K物下游，火焰開始在“容器B”內(nèi)發(fā)展，通道內(nèi)燃燒速度迅速增加，由于障礙物對火焰的加速作用，燃燒速度急劇增加，火焰迅速堵塞“容器B”進口，進口質(zhì)量流量開始減小，出口質(zhì)量流量在燃燒的推動下繼續(xù)上升，泄壓速度增加，由于燃燒速度的增加比泄壓速度快，超壓加速上升。

t=31 ms時，進口質(zhì)量流量在進口“障礙物側(cè)火焰”的堵塞下達到最小，進口部分幾乎被堵塞，燃燒速度第1次下降到與泄壓速度相等，超壓達到第1個峰值。

t=34 ms時，在前驅(qū)壓力波推動下向外泄出的油氣被引燃，容器外部火焰急劇增大，這使得“容器B”內(nèi)的燃燒速度也開始上升，引燃的油氣開始向容器內(nèi)部產(chǎn)生一個反向的壓力波，導致通道的出口質(zhì)量開始減小，泄壓速度進一步減小，“容器B”內(nèi)達到一個低壓峰值，在短暫的壓降之后，“容器B”內(nèi)的出口質(zhì)量流量在外部爆燃的誘導下恢復上升，這使得泄壓速度曲線也開始上升，并于36 ms時與燃燒速度曲線相交，容器內(nèi)超壓達到第2個超壓峰值，由于火焰?zhèn)鞑ミ^程中火焰與壓力波的耦合，隨后燃燒速度曲線與泄壓速度曲線不斷地相交、分離，并基于此在超壓曲線中產(chǎn)生了一個振幅遞減的Helmholtz振蕩。

總之，容器內(nèi)超壓峰值的產(chǎn)生是燃燒速度與泄壓速度耦合作用的結(jié)果，在障礙物的作用下，由于“障礙物側(cè)火焰”的堵塞導致了第1個超壓峰值的產(chǎn)生，在外部爆燃的多重作用下導致了第2個超壓峰值的產(chǎn)生，并有以下公式

4 結(jié) 論

通過實驗和數(shù)值模擬對置障條件下容積式半密閉空間內(nèi)油氣著火爆炸特性進行了研究，通過高速攝影等技術(shù)手段對爆炸過程中火焰形態(tài)、爆炸超壓特性進行了實驗，并對實驗進行了大渦模擬，精確模擬了火焰與障礙物相互作用時的火焰形態(tài)、流場結(jié)構(gòu)、超壓特性，與實驗進行了對比分析，得到了以下結(jié)論。

（1）火焰初始時刻為層流狀態(tài)，呈“半球形”向上傳播，接近障礙物時受到障礙物的擾動變?yōu)椤皥A錐形”，火焰開始由層流向湍流狀態(tài)轉(zhuǎn)變，穿過障礙物后向兩側(cè)卷曲形成旋渦。當穿過第2個障礙物后，火焰鋒面出現(xiàn)許多褶皺，此時火焰發(fā)展為充分湍流狀態(tài)。

（2）障礙物下游流場會由于前驅(qū)壓力波的作用與障礙物的作用形成較大的速度梯度與壓力梯度，從而形成氣體旋渦，當火焰陣面?zhèn)鞑ブ链颂帟r，火焰會由于未燃氣體的卷吸作用而被吸入形成火焰旋渦，從而增加火焰表面積，進而增強壓力波。

（3）爆炸超壓峰值的產(chǎn)生是燃燒速度與泄壓速度相互耦合作用的結(jié)果，數(shù)值模擬中，在障礙物的作用下，由于障礙物通道內(nèi)火焰的堵塞導致了第 1個超壓峰值的產(chǎn)生，在外部爆燃的誘導作用下導致了第2個超壓峰值的產(chǎn)生。

符 號 說 明

Mvent1——進口油氣質(zhì)量流量，kg·s-1

Mvent2——出口油氣質(zhì)量流量，kg·s-1

p1——泄壓峰值，Pa

p2——第2個超壓峰值，Pa

p3——低壓峰值，Pa

p4——第3個超壓峰值，Pa

vaverage——平均反應速率，kg·m-3·s-1

vcombustion——燃燒速度，kg·s-1

vvent——泄壓速度，kg·s-1

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date:2017-05-02.

LI Run,827833976@qq.com

supported by the National Natural Science Foundation of China (51276195).

Experimental and numerical simulation of gasoline-air mixture explosion characteristics in semi-confined space

OU Yihong1, LI Run1, YUAN Guangqiang2, LI Guoqing1, WANG Shimao1
(1Department of Oil,Army Logistics University of PLA,Chongqing401311,China;2No.72489Troop of Army,Yantai265301,Shandong,China)

the characteristics of oil and gas explosion in volumetric semi-confined space under the condition of barrier is studied. The characteristics of flame shape and explosion overpressure during the explosion process are experimented by high-speed photography and other techniques. The flame shape, the flow field structure and the overpressure characteristic when the flame interacts with the obstacle are simulated accurately, and the results are compared with the experiment. The results show that the presence of obstruction will change the flame structure,the hemisphericalconicalbrush-like transition will occur, and the flame vortex will be generated in the downstream of the obstacle due to the unburned gas. As a result of the coupling between the combustion rate and the pressure relief rate, the presence of obstructions in the oil and gas explosion can lead to changes in the combustion rate and the pressure relief rate, which in turn have an effect on the overpressure peak.

obstacle; semi-confined space; large eddy simulation; gasoline-air; turbulent flow; mixtures;experimental validation

X 932

A

0438—1157（2017）11—4437—08

10.11949/j.issn.0438-1157.20170526

2017-05-02收到初稿，2017-06-26收到修改稿。

聯(lián)系人：李潤。

歐益宏（1971—），女，博士。

國家自然科學基金項目（51276195）。