超细水雾对甲烷/空气爆炸的双重效应机理研究

本文主要探讨了"超细水雾增强与抑制甲烷/空气爆炸的机理分析"这一主题，针对密闭容器内发生的复杂化学反应和爆炸现象，研究者采用数值模拟方法进行了深入的分析。研究团队，包括曹兴岩、任婧杰、周一卉等人，来自大连理工大学化工机械学院，他们利用大涡模型和部分预混燃烧模型来模拟爆炸火焰流场以及甲烷与空气的燃烧过程。这种方法允许他们通过欧拉-拉格朗日方法同时解决连续相（气体）和离散相（水雾）的方程，从而准确地处理气液两相之间的质量、动量和能量交换。 研究的关键发现是，水雾对爆炸的影响显著。水雾在高温下吸收的汽化潜热大于显热，这个过程释放的能量远超过水雾本身动能的吸收。这种吸热和汽化膨胀的双重效应产生了两种截然不同的效果：一方面，水雾通过冷却和稀释甲烷/空气混合物，有助于降低火焰温度，从而抑制爆炸；另一方面，水雾的大量蒸发又会增加混合物的体积，可能导致火焰传播速度加快，强化爆炸。液滴的粒径、速度和水雾的质量浓度作为关键参数，直接影响着火焰表面温度、导热系数、脉动速度和湍流尺度，进一步影响爆炸的强度和传播速度。 研究人员还通过实验验证了他们的模型，确保了模拟结果的准确性。此外，他们强调了理解这些机制对于工业安全和爆炸控制的重要性，尤其是在涉及甲烷等易燃气体的环境中，如煤矿或其他可能存在爆炸风险的场所。 总结来说，这篇论文揭示了超细水雾如何通过复杂的物理化学过程影响甲烷/空气爆炸，为理解和控制此类爆炸提供了重要的理论基础和技术指导。这项工作不仅有助于提高工业设备的安全性，也为未来设计和优化防爆策略提供了科学依据。