密闭长管甲烷-空气爆炸火焰传播的LES模拟研究

"密闭长管内甲烷-空气爆炸火焰传播数值模拟" 本文主要探讨了在大L/D密闭容器（直径D=104mm，长度L=2400mm）中，甲烷-空气预混爆炸的火焰传播过程。通过采用大型涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）的湍流模型和预混燃烧模型进行数值模拟，研究者成功再现了实验中的最大爆炸压力，验证了模型的准确性。 在模拟过程中，混合气体一旦被引燃，火焰速度迅速增加，随后经历一个明显的下降阶段。这一现象表明，在初始阶段，火焰快速推进，但随着燃烧反应的进行，可能由于氧气供应的相对减少或热能的快速消耗，导致火焰速度下降。在火焰传播过程中，观察到了一种特殊的火焰形态——郁金香火焰。这种形状的形成与火焰核心区域的逆流以及容器壁的相互作用密切相关。郁金香火焰的出现揭示了在封闭空间内，火焰传播受到容器几何形状和内部流动结构的显著影响。 在郁金香型火焰的后面，出现了涡团结构。这些涡团对于层流燃烧向湍流燃烧的转换起到了关键作用。涡团的生成可以促进混合气体内燃料与氧化剂的混合，加速燃烧反应，同时也可能加剧火焰的不稳定性。这种现象对于理解爆炸过程中的能量释放和火焰传播动态具有重要意义。 研究还指出，密闭长管内的气体爆炸火焰传播规律受到多个因素的共同影响，包括湍流、预混气体的化学反应动力学、容器尺寸以及初始点燃条件等。通过深入研究这些因素，可以更好地预测和控制爆炸过程，从而提高工业安全性和事故预防能力。 这项工作运用计算流体力学方法对甲烷-空气爆炸在大L/D密闭容器中的行为进行了详尽的分析，揭示了火焰传播的关键特征和物理机制。这些发现不仅有助于理解爆炸力学，也为工程设计和安全措施提供了理论依据。同时，该研究也强调了未来在这一领域需要进一步探索的方向，比如如何更精确地模拟复杂流动结构和燃烧过程，以及如何优化安全控制策略。