点火位置对氢气-空气泄爆特性影响的实验研究

摘要

当前，化石能源仍然是电能和化工产品主要来源，然而化石燃料的使用会造成严重的环境问题，例如全球变暖和温室效应等。氢气是一种清洁的可再生能源，其燃烧的产物是水，对环境完全没有危害，是人们理想的能源。但是，氢气具有易燃易爆、爆炸范围广的特性，在使用过程中存在着安全问题。通过泄爆的方法减轻氢气产生意外爆炸的危害则是本次论文的研究主题。
　　本文使用高速相机和纹影系统、压力测试系统对不同点火位置和不同破膜压力条件下的氢气-空气预混气体的泄爆特性进行了研究。实验获取了容器内部火焰和外部喷射火焰的纹影图片，以及容器内部和外部的压力数据。分析了不同点火位置和破膜压力下压力峰值和火焰传播速率，得到了以下实验结论。
　　(1)中心点火时火焰传播速率和面积最大，产生了最大的内部压力峰值，尾端点火时火焰传播速率和面积次之，产生的内部压力峰值也次之;前端点火时火焰传播速率和面积均最小，产生了最小的内部压力峰值。前端点火时，容器内部压力出现了3个明显的压力峰值，中心和尾端点火时，只能观察到第一个和第三个压力峰值。
　　(2)随着破膜压力的增加，中心和尾端点火时，火焰面积均随之增大，产生的内部压力峰值均增大。在前端点火的条件下出现了声学振荡的现象，对内部压力产生了显著的影响。在较低的破膜压力条件下，容器内部压力在到达破膜压力之后，总是产生了显著的振荡现象，这是由于容器外部二次爆炸产生的压力波与容器内部火焰相互作用所导致的，
　　(3)高速相机记录了火焰从泄放口喷射的过程，纹影图片证实了外部爆炸的产生，当尾端点火时，火焰喷射距离和传播速率总是最大，中心点火次之，前端点火的火焰喷射距离最短，火焰传播速率最小。
　　(4)随着破膜压力增大，外部火焰喷射距离变化不大，而声学振荡现象则不断减弱。外部爆炸的强度随着破膜压力的增大，先增大后减小。在一些情况下，外部压力峰值甚至高于内部压力峰值，外部爆炸产生的压力波会传播到容器内部从而促进了内部压力的增长。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．2．1 泄爆过程中内部现象的研究概况

1．2．2 泄爆过程中外部现象的研究概况

1．2．3 前人工作存在的不足之处

1．2．4 本文的主要工作

2 实验系统

2．1 实验装置及原理

2．1．1 泄爆容器

2．1．2 气体循环系统

2．1．3 点火系统

2．1．4 高速摄影仪

2．1．5 压力采集系统

2．1．6 纹影系统

2．1．7 纹影装置及工作原理

2．1．8 实验流程

3 点火位置对氢气-空气泄爆过程的影响

3．1 实验方法

3．2 实验结果与讨论

3．2．1 泄爆过程中的火焰特性

3．2．2 泄爆过程中的压力变化规律

3．3 本章小结

4 点火位置对氢气-空气泄爆外部火焰的影响

4．1 实验方法

4．2 实验结果与讨论

4．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果