球形压力容器中甲烷-氢气-空气爆炸过程数值模拟及实验研究

为研究受限空间内甲烷-氢气-空气混合气体爆炸特性参数分布规律,在20 L球形压力容器装置内开展甲烷-氢气-空气混合气体爆炸实验,探究掺氢比变化对当量比为1的甲烷-氢气-空气混合气体爆炸过程的影响;运用Fluent数值模拟软件,采用标准k-ε湍流模型,结合层流有限速率燃烧模型,探究混合气体爆炸过程中燃烧特性(爆炸温度、压力、密度等)与反应时间的变化规律。研究结果表明:爆炸过程中,添加一定氢气时爆炸压力峰值、爆炸压力上升速率峰值增大,而到达峰值时间缩短;反应初期,中心点火处密度下降,反应釜各处密度持续上升;距离点火点越远,密度变化越大,反应釜中压力分布基本相同。研究结果可为甲烷-氢气-空气混合燃料的安全使用提供相关参考。

密闭受限空间内N_(2)、CO_(2)对H_(2)/Air混合气体的抑爆效果研究

随着当今社会对H_(2)的依赖度上涨,发生H_(2)爆炸的危险性不断升高。为了解N_(2)和CO_(2)这2种惰性气体对H_(2)抑爆的效果,以H_(2)占比固定为40%的H_(2)/Air混合气体为例,在20L的爆炸球中进行2种惰性气体的抑爆实验,测试了爆炸过程中壁面处的爆炸压力及爆炸压力增长率随时间的变化,并计算了每次爆炸的爆炸指数K_(G)值。实验结果表明,N_(2)及CO_(2)均对H_(2)爆炸有很好的抑爆效果,随着加入惰性气体,各爆炸压力峰值呈现不断加速下降的变化;而各爆炸压力增长率峰值则呈现先较缓下降再加速下降,最后接近完全抑爆时又缓慢下降的变化。且对比2种惰性气体抑爆效果发现,CO_(2)的抑爆效果要好于N_(2),当加入相同体积分数的不同惰性气体时,加入CO_(2)的爆炸压力及压力增长率均要小于加入N_(2)的,且当N_(2)及CO_(2)占比分别达到62.5%和43.3%左右时爆炸基本被完全抑制。