开放管道内煤粉云形成机制及爆炸过程火焰动态行为数值模拟

半密闭空间内煤尘云爆炸火焰传播过程及传播机制更为复杂,影响因素众多,爆炸过程中存在火焰、湍流与压力的相互耦合作用。为揭示开放管道内煤尘云形成机制及爆炸火焰行为动态演化特征,基于计算流体力学、燃烧学及数值传热学等理论,以开口的哈特曼管道为对象,分别对管道内煤尘扩散特征和爆炸过程进行模拟分析。基于物理实验验证及数值模拟研究,分析了煤尘在开口管道内的分散、悬浮及沉降特征,获取了粉尘扩散过程中流场的时空演化特征,得到了煤尘云爆炸过程中的温度变化规律,获取了爆炸过程中火焰动态行为及火焰高度、火焰速度的变化规律,研究了煤粉粒径及点火延时对火焰高度及火焰速度的影响规律,揭示了开放管道内煤粉云爆炸火焰传播的动力学机制。结果表明:(1)煤尘颗粒经过快速注入、减速分散、自由扩散和沉降阶段并最终形成粉尘云;(2)在爆炸的不同阶段,影响火焰形态的因素不同;整个爆炸过程中,火焰阵面演化趋势为:"非球形-飞火及点状火-蘑菇状";(3)随着爆炸的发展,火焰高度呈现Logistic函数特征,火焰速度呈现先迅速增大后缓慢减小;(4)湍流对均相燃烧及非均相燃烧的耦合影响造成了火焰锋面的不稳定性,火焰阵面热气流对管道口外侧冷气流的卷吸是形成"蘑菇状"火焰的主要原因。