多层丝网结构对火焰传播抑制作用的数值模拟

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1、http://www.paper.edu.cn∗多层丝网结构对火焰传播抑制作用的数值模拟喻健良，李江涛，胡春明大连理工大学化工机械系(116012)Email:yujianliang@dl.cn摘要：本文基于均相反应流时均方程组、κ−ε湍流模型和EBU-Arrhenius燃烧模型，采用FLUENT软件对丙烷-空气预混火焰在多层丝网结构中的传播过程进行了数值模拟。得出了不同目数下的临界淬熄速度与丝网层数的关系曲线，并与实验曲线进行了比较，计算曲线与实验曲线吻合良好，证明了该计算方法的有效性。并得出了30目多

2、层丝网的临界淬熄速度与丝网层数的关系曲线。最后总结了多层丝网内丙烷-空气预混火焰的淬熄规律。关键词：火焰传播淬熄数值模拟丝网1.引言由于多层丝网对火焰传播的抑制实验的复杂性和危险性，难以完全依靠实验方法进行研究，所以应把理论与实验相结合，首先通过建立数学模型，进行数值求解，然后以实验考核，从而对多层丝网对火焰传播的抑制作用进行预测。1.1丝网结构和相关术语丝网是指用金属丝编织而成的网，其网孔的形状多为正方形。丝网产品规格中多以每英寸上的孔数表示丝网的目数，用M表示。目数一般可以说明丝网的丝与丝之间的疏密程

3、度。目数越高丝网越密，网孔越小；反之，目数越低丝网越疏，网孔越大。丝径是指金属丝的直径，用d表示。孔径是指正方形网孔的边长，用D表示。具体结构如图1所示。图1丝网结构示意图Fig.1Schematicdiagramofwireweb1.2火焰淬熄的原因一般认为解释阻火结构能够使火焰淬熄的理论有两种。一种使热理论，即火焰突入阻火结构时，由于阻火结构夺走了火焰的热量而使火焰的传播被阻止。另一种使连锁反应理论（器∗本课题得到自然科学基金项目（50276009）资助作者简介：喻健良，男，1963年12月生，教授，

4、主要从事工业防爆抑爆等机理与技术的研究。Email:yujianliang@dl.cn-1-http://www.paper.edu.cn[1]壁效应），即火焰在结构表面上碰撞而失去自由基使燃烧反应停止，从而阻止了火焰传播。多数学者认为热理论是火焰发生淬熄的主要原因，担也有人认为连锁反应理论较为接近[2]实际。1.3C-H燃料火焰的淬熄判据火焰在通道中传播时，当火焰温度下降到一定的温度时，火焰就会熄灭，把该温度定义为淬熄温度。对于C-H燃料而言，当火焰温度降到1700K时，火焰就不再产生活性根，火焰[3]

5、就会熄灭。所以本文的C-H燃料火焰的淬熄温度定义为1700K。1.4多层丝网结构的淬熄性能多层丝网结构因其体积小、重量轻、淬熄性能好等优点，已成为管线中最常用的阻火结构。临界淬熄速度V和丝网目数M是影响多层丝网的淬熄性能的两个主要因素，本文通过q数值模拟对多层丝网的淬熄性能进行了研究。2.理论模型2.1几何模型和基本假设图2多层丝网中预混火焰传播的模型Fig.2Schematicofcomputationaldomainalongwithadescriptionofsomeoftheboundarycon

6、ditions图2所示为多层丝网中预混火焰传播的模型。计算区域有N个丝径为d且孔径为D的圆环严密叠加而成，且两端敞口、壁面恒温。计算区域的长度L远远大于孔径D。为了便于计算，本文做了以下基本假设：(1)计算中所涉及的气体全部为理想气体；(2)忽略壁面厚度且壁面温度为恒温300K；(3)壁面处的速度为零；(4)入口气体为高温已燃气，且温度为丙烷绝热燃烧温度：2386K；(5)不考虑辐射传热；(6)计算过程中，气体的比热容随温度变化。初始时，计算区域内的丙烷-空气预混气的各组分浓度为化学计量比浓度，温度为常温

7、300K，压力为常压1atm，且在计算区域内均匀分布；温度为绝热燃烧温度(2386K)的高温已-2-http://www.paper.edu.cn燃气从左端的入口以一定的速度进入计算区域。边界类型如图2所示，而具体的边界条件如表1所示，组分浓度为质量分数。表1具体边界条件值Tab.1ValuesofboundaryconditionsBoundaryC3H8O2CO2H2OTemperaturePressureVelocityConditions[%][%][%][%][K][Pa][m/s]Pressu

8、re_Inlet0018.19.82386101325-Pressure_Outlet6.021.900300101325-Wall----300-0Fluid6.021.90030010132502.2控制方程组本文基于均相反应流时均方程组、κ−ε湍流模型和EBU-Arrhenius燃烧模型，建立均相燃烧流动的理论模型。并采用FLUENT软件进行计算。(1)均相湍流燃烧的时均方程组对基本方程进行Reynolds分解和平均，从