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舰船内部连通空间油气爆燃机理研究
| 论文题名： | 舰船内部连通空间油气爆燃机理研究 |
| 关键词： | 连通空间;油气爆燃;大涡模拟;舰船安全 |
| 摘要： | 舰船火灾、爆燃事故日益增多，造成不可估量的人员伤亡与财产损失。舰船中存在众多由舱室、走廊构成的连通型结构，发生于其中的爆燃事故，相对于独立空间的爆燃危害，破坏性更大。因此，连通空间爆燃过程的研究对于舰船的安全运行具有理论与实际意义。针对舰船连通空间油气爆燃现象，本文主要研究了通道尺寸形状、点火位置以及空间尺度对空间内爆燃过程的影响，力图获得连通空间油气爆燃过程的作用机理。 首先，针对连通空间油气爆燃过程建立了三维瞬态数学模型。湍流流动采用大涡模拟，燃烧反应采用预混燃烧模型。与已有的实验数据对比，结果表明，除了时间尺度的略微差别，爆燃参数的变化趋势及大小均与实验结果吻合较好，验证了模型的有效性。 其次，研究了等容积连通空间的通道尺寸与点火位置对爆燃过程的影响。通道长度对爆燃强度的影响很小，但通道直径的改变则显著的影响爆燃强度，其中直径152mm下的爆燃强度最大，其最大压升速率是直径76mm情况下的2倍大小；通道长度增加，通道直径减小，均会引起火焰加速；点火位置的不同导致初始火焰与流场分布的差异，进而影响到爆燃过程，尤其底端点火时，爆燃强度大于其他情形，爆燃超压高达816kPa。另外，等容积连通空间通道弯曲程度的增加将导致气流流动、压力传播的损耗增多，因此，爆燃强度减弱。 再次，研究了不等容积条件下连通空间体积比、通道尺寸以及点火位置对爆燃过程的影响。体积比、通道长度以及点火位置的改变对爆燃过程的影响显著。大空间点火时，随着体积比增大，空间中未燃气体的预压缩程度增加，爆燃强度随之加强，体积比为8时的超压峰值高达941kPa，其最大压升速率是等容积情况下的3倍；一定范围内，通道长度越长，爆燃强度越大；对比小空间点火，大空间点火时爆燃强度更大，其超压峰值增大16.4％，最大压升速率则增加2.5倍。 另外，针对等容积与不等容积两种情况，本文分别研究了实际空间尺寸下连通空间的爆燃特性。大尺度连通空间爆燃过程与小尺度情况下相似，伴随有预压缩、射流火焰以及回流现象的发生，增大体积比也会导致爆燃强度的增加。但是大尺度下具有更高的超压峰值、火焰速度，压升速率更低，过程耗时更长。 通过上述研究，加深了对连通空间爆燃过程的认识，揭示了爆燃过程中火焰面、压力波以及流场流动三者之间的相互耦合，为舰船爆燃事故的防治提供了理论依据，也为其他工业领域连通空间的防爆抑爆提供一定参考。 |
| 作者： | 于哲 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 丛立新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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