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LNG动力船舶爆燃火焰在波纹型阻火器内淬熄机制研究
| 论文题名： | LNG动力船舶爆燃火焰在波纹型阻火器内淬熄机制研究 |
| 关键词： | 液化天然气动力船舶;爆燃火焰;波纹型阻火器;淬熄机制 |
| 摘要： | 液化天然气(LNG)作为一种环保高效的新兴能源，在船舶海运和动力方面拥有广阔的应用前景。因此，限制LNG使用的安全问题亟需得到解决。波纹型阻火器作为可以安装在船舶复杂管网中抑制可燃气体火焰蔓延的安全装置，对船舶的安全生产具有重要意义。本文以波纹型阻火器为研究对象，探究了LNG蒸汽爆燃火焰在阻火元件中传播与淬熄过程的规律。 研究中，波纹型阻火器的阻火元件被简化为微细三棱柱通道，然后基于大涡模拟和组分输运模型，通过Fluent软件瞬态模拟分析了甲烷/空气预混气体爆燃火焰沿着阻火元件传播至淬熄的过程。通过改变阻火单元的几何特性，模型的边界条件，探究了设计尺寸和不同工况对阻火器阻火性能的影响。 本文着重分析了阻火元件内火焰传播与淬熄过程规律及机理以及各因素对传播和淬熄的影响。研究发现阻火器内爆燃火焰传播至淬熄过程可分成四个阶段：初始阶段、火焰拉伸阶段、火焰减速阶段和低速火焰阶段。提高狭缝的尺寸，壁面的温度和入口火焰速度都将使得火焰传播的距离更远，而相同截面面积下，底角角度越接近60°，火焰的传播距离越远。狭缝尺寸和底角角度可以通过水力直径同时考虑，水力直径越大，淬熄长度越远，二者呈现较好的反比例关系；观察拟合曲线可发现，底角角度60°在同一水力直径下阻火效果更好。入口火焰速度与淬熄长度近似呈二次根式关系，入口火焰速度越大，淬熄长度越远。壁面温度与淬熄长度呈自然对数关系，壁面温度越高，淬熄长度越远；拟合发现壁面温度在1150K~1300K之间时，火焰有可能在狭缝内保持稳定传播。最终得到了水力直径D、入口火焰速度V、壁面温度T和淬熄长度Lq的关系公式。 本文系统地研究各因素对波纹型阻火器内火焰传播与淬熄过程的影响并解释了其相关机理，所得淬熄长度随狭缝尺寸、底角角度、入口火焰速度和壁面温度的变化规律采用了拟合公式对其进行量化分析，这将为波纹型阻火器阻火芯的生产设计和安装提供参考。 |
| 作者： | 陆明飞 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 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： | 2021 |
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