气体爆炸事故每年都会造成重大的经济损失和人员伤亡。因此对可燃气体爆炸的研究是安全技术领域的主要课题之一,具有十分重要的社会和经济意义。 在可燃气体爆炸研究方法中,实验研究受到场地条件、测试手段以及实验经费等诸多限制难以得到普遍的规律。而随着计算机技术的发展,数值模拟已经成为研究可燃气体爆炸问题的重要方法之一,并得到了广泛应用。 本文主要基于均相反应流时均方程组、k-ε湍流模型和EBU-Arrhenius燃烧模型,建立了均相湍流燃烧流动的理论模型。利用SIMPLEC算法,对内置障碍物受限空间内丙烷/空气预混气体爆炸过程进行了二维空间的数值模拟。 为验证数学模型及计算方法的有效性,对容器内预混可燃气体爆炸的发展过程进行数值模拟。与实验结果相比较,计算结果的偏差不大于10%,满足工程需要。并且数值模拟火焰阵面与实验拍摄照片吻合良好。 在此基础之上,对内置障碍物受限空间内可燃气体爆炸过程进行数值模拟,结果表明: (1)可燃气体点火初期,障碍物对火焰阵面的扰动非常小。当火焰接近障碍物时,火焰阵面发生显著变化。随着障碍物高度的增加,火焰阵面被拉伸变形的程度越来越大,导致火焰速度迅速增加,随障碍物数量的增加,火焰速度急剧增大,揭示了障碍物和湍流引起火焰加速的正反馈机理。 (2)在密闭容器中,障碍物的阻塞率对最终爆炸压力基本不产生影响,而对火焰阵面的形状、速度场和压力场的分布存在显著影响,这可为受限空间内设施的合理布置提供依据。 (3)在开口体系中,未设置障碍物的容器内,最大超压出现在出口处。而对于内置障碍物容器来说,随着障碍阻塞率增大,超压越来越大。