开敞空间可燃气云爆燃事故是一类破坏力极强的工业灾害。深入研究因事故泄漏所引发的可燃气云爆炸威力及其相应的规律,是创立抑制和预防此类工业灾害技术的理论基础,具有重要的学术价值和社会经济价值。在现实工业环境中生成的可燃气云,由于受到诸多因素的影响,气云形状极其复杂,可燃气分布也极不均匀。为掌握气云爆燃灾害的内在规律,设计了理想化的规则形状的气云几何模型,并从可燃气浓度均匀分布的气云爆燃入手,进而对简化的非均匀分布气云爆燃进行研究。主要研究内容如下。 1.浓度均匀分布的轴对称可燃气云爆燃过程的数值模拟与实验研究 基于Bakke-Hjertager燃烧模型、流体力学控制方程组、燃料气体组分方程,建立了考虑化学反应的浓度均匀分布的半球形可燃气云爆燃的二维数学模型。 为求解该模型,对数值方法进行了研究。在现在SIMPLE算法基础上,采用压力校正、速度校正、密度校正相结合的思想,推导出改进的密度校正方程,并对计算流程进行了改进,从而得到可用于开敞空间可燃气云爆燃流场计算的算法。 采用VC++6.0语言编制了模拟程序。通过模拟,得到了气云爆燃引发后爆燃流场的变化、发展规律;在此基础上,探讨了气云爆燃过程中超压的生成机理;考察了地面、弱约束物、气云形状等因素对爆燃强度的影响规律;预测、分析了工业大尺寸气云的破坏强度。 设计并进行了大量的实验。通过实验得到了各因素对爆燃超压的影响规律,并为数值模拟提供了考核数据。考核结果表明,计算值与实验测得的相应结果基本吻合。 2.半球形高斯分布可燃气云爆燃的数值模拟 以可燃气体呈简化的高斯分布的气云为例,对非均匀分布的可燃气云爆燃,采用数值模拟的方法进行了研究。经数值模拟分析,预测了该类气云爆燃的强度。经过与均匀分布气云爆燃结果进行对比,发现两类气云爆燃强度相差较大,并对这种差异产生的原因进行了探讨。 3.障碍物对可燃气云爆燃强度的影响研究