密闭约束空间不同预混可燃气体火焰动力学对比数值模拟研究

从安全生产的角度,密闭空间内的预混可燃气体爆燃是基础研究课题。采用大涡模拟和预混燃烧对密闭管内的氢气、甲烷和丙烷进行数值模拟研究后发现,与甲烷和丙烷的燃烧特性相比,氢气的火焰前锋面在演化过程中会出现褶皱和扭曲变形的现象,而甲烷和丙烷的火焰前锋面演化过程中相对光滑,同时3种预混气体在传播过程中也都形成了垂直的火焰前锋面。氢气爆燃后的火焰不仅传播速度最快,而且火焰面积上升速率也最快。超压特性方面,氢气的最大爆燃超压和升压速率都要比甲烷和丙烷大,并且爆炸强度和威力也都高出2个数量级。研究结果有助于预混气体爆燃事故溯源分析,也可以用于地下管沟设计阶段的空间布局优化,进而减少爆燃风险,提高安全性。

基于Adam-BP的预混可燃气体燃爆实验结果预测方法

针对传统燃爆机理研究方法存在耗时久、成本高、有效实验数据难以获取的问题,采用一种数据驱动与物理实验相结合的方法对半封闭空间置障条件下燃爆实验结果进行预测,并以燃爆实验数据为基础,开发了一种基于Adam优化算法下的BP神经网络预测模型,通过敏感性分析实现隐含层神经元个数的最优配置;以实验获得的火焰速度和最大燃爆压力作为特征样本数据进行训练和测试;采用R;(决定系数)评价指标来评估预测模型性能,并与RSM模型和岭回归模型进行对比。结果表明,采用Adam-BP模型预测火焰速度和最大燃爆压力相比RSM模型预测的R;分别提高了30%和16%,相比岭回归模型的R;值分别提高了10%和8%,并且Adam-BP模型鲁棒性相对较好。测试结果表明,Adam-BP模型在预混可燃气体燃爆实验结果预测中精度达到95%以上,因此,Adam-BP模型适用于预混可燃气体燃爆后果的预测,可为研究预混可燃气体燃爆后果提供一种快速预测方法。

开口率对置障管道火焰传播特性影响模拟

为了揭示开口率对置障管道内可燃气体火焰传播特性的影响,在80 mm×80 mm×500 mm的置障管道中通过改变管道末端开口率,基于计算流体动力学(CFD)软件,采用Zimont燃烧模型,开展丙烷预混气体爆炸特性的大涡模拟研究。结果表明:置障管道的末端开口对火焰传播速度具有促进作用,火焰传播速度峰值随开口率的增大而增加;障碍物的存在导致管内产生涡团,且阻塞率越大,涡团规模越大,湍流程度增加,从而加快了火焰传播速度。管道中的峰值压力随开口率的增大而减小,开口率为6.25%时阻塞率为0、0.5、0.7置障管道内的峰值压力分别为0.0694、0.2367、0.2107 MPa,而开口率为64%时则各置障管道峰值压力分别降为0.0016、0.0052、0.0042 MPa,并且开口率越大、阻塞率越大的管道内的压力波动越明显。管道在开口状态下,障碍物阻塞率是影响火焰传播速度的主要因素,管内峰值压力随阻塞率增大呈先增大后减小的变化规律。