开放管道内煤粉云形成机制及爆炸过程火焰动态行为数值模拟
李海涛1
陈晓坤2
邓军2
胡湘渝1
王秋红2
翟小伟2
1.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054;慕尼黑工业大学空气动力研究所,德国慕尼黑 854782.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054;西安科技大学陕西省煤火灾害防控重点实验室,陕西西安 710054
摘要：半密闭空间内煤尘云爆炸火焰传播过程及传播机制更为复杂,影响因素众多,爆炸过程中存在火焰、湍流与压力的相互耦合作用.为揭示开放管道内煤尘云形成机制及爆炸火焰行为动态演化特征,基于计算流体力学、燃烧学及数值传热学等理论,以开口的哈特曼管道为对象,分别对管道内煤尘扩散特征和爆炸过程进行模拟分析.基于物理实验验证及数值模拟研究,分析了煤尘在开口管道内的分散、悬浮及沉降特征,获取了粉尘扩散过程中流场的时空演化特征,得到了煤尘云爆炸过程中的温度变化规律,获取了爆炸过程中火焰动态行为及火焰高度、火焰速度的变化规律,研究了煤粉粒径及点火延时对火焰高度及火焰速度的影响规律,揭示了开放管道内煤粉云爆炸火焰传播的动力学机制.结果表明:①煤尘颗粒经过快速注入、减速分散、自由扩散和沉降阶段并最终形成粉尘云;②在爆炸的不同阶段,影响火焰形态的因素不同;整个爆炸过程中,火焰阵面演化趋势为:"非球形—飞火及点状火—蘑菇状";③随着爆炸的发展,火焰高度呈现Logistic函数特征,火焰速度呈现先迅速增大后缓慢减小;④湍流对均相燃烧及非均相燃烧的耦合影响造成了火焰锋面的不稳定性,火焰阵面热气流对管道口外侧冷气流的卷吸是形成"蘑菇状"火焰的主要原因.
关键词：煤粉云煤粉爆炸气固两相流点火延迟火焰动态行为火焰拉伸
分类号：TD714.5(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家重点研发计划(2018YFC0807900)国家公派出国留学项目(201808610249)
论文发表日期：2021-08-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 2600-2613 )
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