多相燃料分散及瞬态云雾场数值模拟.pdf

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1、多相燃料分散及瞬态云雾场数值模拟陈嘉琛2015年01月中图分类号：X932UDC分类号：623.4多相燃料分散及瞬态云雾场数值模拟作者姓名陈嘉琛学院名称机电学院指导教师张奇教授答辩委员会主席王丽琼教授申请学位工学硕士学科专业安全科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月22日NumericalsimulationoftheprocessofmultiphasefueldispersionandthedistributionoftransientcloudfieldCandidateName：JiachenChenSchoolorDepartment:Scho

2、olofMechatronicalEngineeringFacultyMentor:Prof.QiZhangChair,ThesisCommittee：Prof.LiqiongWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：SafetyScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January22,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的

3、地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要固液混合燃料通过爆炸驱动形成燃料空气炸药云团，其爆轰威力在很大程度上取决于云团的状态，云团的分布是云爆装置设计的基础。本文基于流体力学理论，采用ANSYS-FLUENT软件对固液混合燃料抛撒过程进行数值模拟。考虑液体燃料的蒸发和铝粉颗粒对燃料分散过程的影响，对2kg云爆装置燃料分散过程进行数值模拟计算，其中云团范围

4、和边缘速度与实验结果相吻合。同时对云爆装置中心水平线位置和高于云爆装置中心水平线0.5m的标志性位置进行浓度和湍流强度监测，高于云爆装置中心水平线0.5m监测点的云雾浓度低于对应云爆装置中心水平线上监测点的云雾浓度，且随着与云爆装置中心距离的增加，云雾浓度峰值和湍流强度峰值逐渐减小。改变爆炸驱动载荷压力幅值、爆炸驱动载荷作用时间、固液比和液体燃料组分，研究云团抛撒范围和边缘速度的变化规律，并对云雾浓度以及湍流强度进行分析，结果表明爆炸驱动载荷作用时间一定，载荷压力幅值越大，云团抛撒范围也越大；爆炸驱动载荷压力幅值一定，载荷作用时间对云团抛撒范围的影响不大；燃料的固液比不影响云

5、团的抛撒范围；而液体组分的改变会影响云团的抛撒范围。大装药量是燃料空气炸药的发展趋势，本文分别对7kg、13kg和100kg大装药量云爆装置的分散过程进行数值模拟，结果表明云爆装置装药质量越大，云团抛撒范围也越大，并且最终确定湍流强度峰值随与云爆装置中心距离的关系可以用拟合曲线方程可以写成通用公式：y=a+b*c^x。研究结果表明，文中建立的数值模型和计算方法能够较好地模拟固体与液体混合燃料的云雾抛散过程，为云爆装置优化设计提供了基础数据。关键词：固液混合燃料；分散过程；ANSYS-FLUENT；浓度；湍流强度I北京理工大学硕士学位论文AbstractThesolid-liq

6、uidmixedfuelexplodestoformfuelaircloud.Thedetonationstrengthdependsmuchonthecloudstate.Theclouddistributionisthebaseofthedesignofclouddetonationdevices.Inthisstudy,thedispersalprocessofsolid-liquidmixedfuelisinvestigatedbyANSYS-FULENTtoexplorethenumericalsimulationmethodofsolid-liquidmixedf

7、uel.Thefueldispersionprocessof2kgclouddetonationdevicewassimulatedbyconsideringtheeffectsoftheevaporationofliquidfuelandthepresenceofaluminumpowderparticles,andtheclouddispersionrangeandthedispersionspeedofthecloudedgeagreequitewellwithexperimentalresult