大流量氢气的排放与扩散研究

《大流量氢气的排放与扩散研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2010年第5期导弹与航天运载技术No．52010总第309明MfsSfLESANDsPACEVFHICI。ESSumNo．309文章编号：l004．7182(2010)05．005H)5大流量氢气的排放与扩散研究吴光中，李久龙，高婉丽，姜联东(北京航天试验技术研究所，北京，lo0074)摘要：提出了试验与软件仿真计算结合的方法分析试验台贮箱大流量氢气排放的安全性，以试验期间测量的压力、温度作为Fluem软件仿真计算的边界条件及初始条件，分析试验台氢贮箱排放氢气的流场及温度场，荻取排放管出口的氢气流速及温度，评估氢气排放的安全性。对于排放阀出入口压力之比远小于O．528的情况，采用孔板的超

2、临界限流法估算氢气排放流量、流速，其结果能与前一种方法相互印证。在仿真计算的基础上，运用高架连续点源扩散的高斯模式，初步分析了氢气排入大气的扩散特性，通过数值软件Matlab分析计算并绘制了氢气危险浓度的空间分布，以确定氢气排放管附近的安全区域。关键词：火箭发动机；氢气；高空排放；扩散中图分类号：V43文献标识码：AResearchonVentingandDiffusion0fLargeFlowHydrogen、ⅣuGuangzhong，“Jiulong，GaoWaIlli，JiangLiandong(BeijingIllstituteofAerospaceTestTecIIllolo黟，

3、Beijing，lo0074)Abstract：ThispaperpresemsamethodtIlatweanalyzesafetyoflargenow}lydrogenVentinginateststandliquidhydrogentankbymeallsoftestingaIldsimulation．Tempemture锄dpressuremeasuredintestaret￡11(en硒boulldaIy锄di血iali捌ionconditiollSt0computcwithFluentso凡咄．Flowfield粕d咖perature矗eldofhydrogeninVent—p

4、ipeatthetopoftanl(Sareaflalyzedtoobtainhydrogenveloc时蛐dtemperm鹏almeexitoftheVem—pipc，whichhelpst0evaluatesafetyd嘶nghy怕genveming．FortllecausethatttleratioofexportpressuretoiIIlportpressureillt11eVemVaIVeismuchIessthaIIO．528，nozzleuItra-criticaItllI．ottlemetIlodcouIdbeadoptedtocalcuIatehydrogenflow如

5、dveloci哆．Theresultof似omethodsc锄beproVedeacho伽er．BaSedonforegoingFluemsimulationprel岫ina拶analysisondi行usioncharacteristicsaRerhydrogen’sVemingimoa恤osphe咒isconductedbyapplyingGaussdiff缸ionmodeofoverheadcominuouspoimsource，t11enhydrogendaIlgerousconcentr锨ionareaiscalculated狮dplottedw岫Matlabn啪ericalso

6、fh矾∽，whichhelpstodeteminesafe够areaneartlleventpipe．Key、№rds：Rocketengim；Hydrogen；UpperairVenting；Di髓sion0引言氢氧火箭发动机、发动机推力室以及火箭动力系统等以液氢为介质的试验，在预冷加注、紧急关机以及试验后贮箱放气泄压等阶段，贮箱排放内氢气。氢气为易燃易爆气体，在空气中的可燃极限浓度范围为4％～75％，爆轰极限范围为18．3％～59％；点火能量低，体积浓度为30％的氢气在空气中的最小点火能量仅为0．019nlJ⋯，碰撞、微小的静电、微弱的火星就能被点燃。文献【2】，【3】显示，在氢氧发动

7、机试验、氢吹涡轮泵试验及液氢系统使用期间发生过多起氢气排放到大气中引发的着火、爆燃等事故，造成设备损坏及人员伤亡。国内外大流量氢气处理除了高空排放以外，还有火炬燃烧及燃烧池【4一j，其中高空排放结构简单、成本低、操作方便。氢气具有快速扩散性能，低温氢气直排入大气会迅速扩散，同时冷凝空气中的水蒸汽形成氢气云团，云团随风飘移，对周边人员、建筑设施及设备的安全构成威胁。按气体扩散速度与气体分子量的平方根成反比计算，氢气扩散速度