点火位置对甲烷/空气预混爆炸特性影响的数值模拟研究

摘要

密闭容器内预混气体爆炸非常复杂，为研究点火位置对甲烷/空气预混气体爆炸特性的影响，在初始压力为101 kPa和初始温度为300 K的环境下，开展1 m³密闭球形爆炸容器中10 vol%甲烷浓度的中心点火爆炸实验，并使用Fluent数值模拟软件，采用LES湍流模型和Zimont燃烧模型，研究不同点火位置（中心点火、0.5R点火、R点火）对容器内甲烷/空气预混气体爆炸特性的影响，包括火焰结构演化、爆炸温度、爆炸压力、爆炸压力上升速率。结果表明：（1）在中心、0.5R和R处点火时，火焰分别向四周膨胀直至容器壁面、轮廓由最初的“左薄右厚”逐渐转变为“左侧凸起的尖角”和在壁面处从“圆弧形”逐渐拉伸转变成“尖形”向左侧发展；（2）不同点火位置下温度场存在温度梯度，升温规律均由点火中心能量持续向外释放，温度不断积聚升高；（3）不同点火位置下爆炸压力变化趋势基本一致，由于壁面绝热，最终最大爆炸压力均稳定在766 kPa左右；（4）中心点火时最大爆炸压力上升速率最大，较0.5R点火和R处点火分别增大了94.5%和141.8%。

关键词

点火位置 / 甲烷/空气预混气体 / 火焰前锋 / 大涡模拟 / 密闭球形容器