层流中粉尘的火焰传播速度

建立了筛落式粉尘火焰试验装置和火焰信的号光电测量系统。提出确定火焰前沿位置的“最大斜率切线法”和判定火焰传播稳定性的“相对入射能量法”。测定了硅钙粉和煤粉的火焰传播速度和火焰厚度。结果表明数据合理,测量装置和方法可用于速度范围很宽的粉尘火焰传播研究,用修正的田中达夫模型计算的硅钙粉层流火焰传播速度与实验值接近。     

粉尘气体激波在管道直拐角处的绕射和反射

采用高分辨率数值方法和算子分裂技术研究了稀颗粒群假定下粉尘气体激波通过管道直拐角处时的绕射和反射，得到不同时刻的复杂流场结构．通过比较，找到了粉尘气体激波和纯气体激波传播特性的基本差异，讨论了颗粒的不同物理性质对波后流场特性的影响．     

细水雾抑制气体火焰的实验

通过改进wolfhard-parker燃烧器，和对细水雾灭火时不同机理作用的分离实验研究，探讨了在灭火时水雾的蒸发潜热吸热作用、热容吸热作用以及稀释氧气作用在抑制气体扩散火焰方面的相对贡献．实验结果表明，细水雾抑制气体火焰是其稀释氧气、蒸发潜热吸热和热容吸热作用共同作用的过程，且潜热吸热作用比热容吸热作用更明显．在卷吸作用下，可以有更多的细水雾到达火焰内部，因而其对火焰内部温度的影响比水蒸气更大．     

相连容器中粉尘爆炸的火焰传播

采用实验和数值模拟相结合的方法对相连容器中玉米淀粉粉尘爆炸的火焰传播行为进行了研究.实验装置为通过长管相连接的两个容器,爆炸在一个容器中引发后通过管道传播到另一个容器中.采用欧拉-拉格朗日方法模拟粉尘爆炸的两相流问题,气相湍流模型采用k-ε模型,粒子燃烧模型考虑了水分蒸发、挥发分分解、气相反应和粒子的表面反应,气相湍流燃烧模型采用涡旋破碎-阿累尼乌斯模型,数值求解采用算子分裂方法和FCT格式.仿真结果揭示了火焰在长管中的加速行为,计算结果与实验结果符合得较好,表明所采用的模型可以很好地应用于粉尘爆炸火焰传播的研究.     

高速火焰喷涂和气体爆燃喷涂铁铝涂层的比较

在 45 #钢基体上 ,采用高速火焰喷涂 (HVOF)法和气体爆燃喷涂法 (DGS) 2种不同的工艺方法 ,分别喷涂铁铝涂层 ,观察涂层的微观组织 ,并分析其相结构及截面组织的不同 .将 2种工艺条件下喷涂的铁铝涂层的试样浸入液态锌中 ,比较其耐液态锌腐蚀的性能 ,观察涂层与液态锌反应的断面形貌 .结果表明 ,DGS法喷涂铁铝层由FeAl和Fe4 Al13 组成 ,涂层的截面组织呈黑白相间的片层状 ;HVOF喷涂铁铝层的组织均匀 ,为大部分的FeAl相及少量Al2 O3 相 .Fe4 Al13 相的存在使DGS法喷涂铁铝层比HVOF喷涂的铁铝层更耐锌腐蚀     

管道中锆粉云火焰传播的温度与速度特性

粉末状的锆金属不仅燃烧速度快,而且燃烧释放出的热量非常高,作为高能燃料被广泛应用在航天和军工领域.锆金属以粉尘云的形态燃烧时,大量微小悬浮锆颗粒燃烧会形成具有一定面积的火焰,采用实验方法研究锆粉云火焰在竖直管道中的温度和速度特性.研究结果表明,热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度有相同变化趋势,都随锆粉云质量浓度增加先增大后减小.当锆粉云质量浓度为0.625 kg·m-3时,出现最高火焰温度,可达1777.81℃,在此条件下管道中最快火焰传播速度可达39.7 m·s-1.当质量浓度超过0.625 kg·m-3后,热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度都会降低,主要是由于富燃料燃烧、管道中氧气不足而导致颗粒不能完全燃烧.实验得到了不同质量浓度锆粉云的最高火焰温度值与最快火焰传播速度.     

预混可燃气火焰传播速度的研究

采用传动的热力理论,在火焰上建立热能平衡式,该平衡式不仅考虑了新鲜混合气的热焓变化以及反应过来的热量,更进一步了考虑燃烧反应本身的放热率,采用奇异摄动法得到预混丁烷气的流火焰传播速度表达式,并与采用本生灯试验测试系统测得的预混气平均火焰传播速度进行了比较,得到了较为满意的结果。     

复杂地下洞室群施工污染气体及粉尘通风运移

在地下洞室群的爆破施工过程中会产生大量污染气体及粉尘,对地下洞室群施工通风污染气体及粉尘运移的认识有助于优化洞室群施工通风设计,提高洞室群通风方案的合理性。本文针对某大型复杂地下储油洞室群穹顶施工过程中的通风问题,采用CFD数值模拟及现场实测的方法,对污染气体及粉尘在洞室内的运移进行了分析。结果表明：气流在洞室内的发展过程分为涡流区、回流区和碰撞区,涡流区和碰撞区是通风过程中较不利的位置。多洞室的情况下,洞室内的污染气体容易在主通道内聚集。粉尘在洞室与连接通道交叉的位置以及主通道左侧转弯处浓度较高。洞室穹顶内污染气体及粉尘运移的速率较高,并且粉尘相对于污染气体的运移存在滞后性。     

火焰在环形通道内形态演变的实验研究

采用实验方法研究环形通道内体积比为1∶3的乙烯/氧气混合气体以及体积比1∶2.5的乙炔/氧气/氩气混合气体的火焰形态演变过程.实验方面采用高速摄影观察环形通道内的火焰传播.火焰经历了四个主要阶段:球形火焰、手指型火焰、舌形火焰和爆轰,其中舌形火焰在整个爆燃到爆轰转变(deflagration to detonation transition,DDT)过程中占据了最长的时间,并且在爆轰起爆中占据重要作用.另外,舌形火焰与边界层的作用使得火焰表面积和火焰速度有所增加.也讨论了初始压力对DDT起爆距离的影响,对于同种气体,初始压力的增大有助于缩短DDT起爆距离.此外,在爆轰敏感性相同的前提下,不规则系统中的DDT起爆距离要短于规则系统中的DDT起爆距离.     

Krylov隐式积分因子法在火焰加速数值模拟中的应用

基于描述可燃气体火焰加速及爆燃转爆轰的Navier-Stokes方程组,针对非刚性的对流扩散项及刚性的反应项之间的不同时间尺度,从而导致了直接数值模拟十分困难的问题,构造了Krylov隐式积分因子法（IIF）进行直接数值模拟,对刚性的反应项采用隐格式,非刚性的对流扩散项采用显格式,从而减少了计算步数,提高了计算效率,对于由隐格式带来的方程组,采用Krylov子空间映射来降低方程组的阶数使得计算量减小,数值模拟结果与实验结果相吻合.研究结果表明,IIF方法可以较好地应用于NS方程组的数值模拟中.      

风飏粉尘和粉尘沉积物的一些环境效应研究述评

近年来，沙尘天气．特别是沙尘暴的频繁爆发所输出的粉尘带来的环境问题日益引起人们的关注．本文根据近年来一些研究成果，从粉尘与大气环境、海陆生态系统以度人类的生活、生产关系等角度对粉尘度粉尘沉积物的环境效应进行了综述．并在此基础上时令后该领域的研究提出了一些看法．     

射孔-高能气体压裂复合技术研究

对增加油气产量的射孔-高能气体压裂复合技术进行了详细的研究。重点对射孔-高能气体压裂复合器的设计原理进行了深入的探讨,其中包括枪管的耐压设计,枪身螺纹牙强度的设计,枪身内火药燃烧速度与压力范围及温度的定量关系,射孔后火药燃烧时的气体流速,射孔枪身内火药燃烧气体对射孔孔眼的冲刷作用及射孔枪身内火药燃烧气体射流的高能气体压裂作用。同时对枪身内火药装药的设计及现场施工工艺也进行了一定的研究。在延长油矿360m井深做射孔-高能气体压裂的现场试验结果表明,该技术操作简便,成本低,综合处理效果好,有广阔的应用前景。     

稀释气体对甲烷层流预混火焰燃烧速度的影响

基于GRI-Mech 3.0详细化学反应机理,利用预混燃烧模型(PREMIX Code)研究了甲烷-空气-稀释气层流预混火焰燃烧特性及火焰结构.重点探讨了不同化学当量比(0.5～1.5)、初始压力(0.05～0.40 MPa)、稀释气体种类(N2,CO2及H2O)和稀释摩尔比(0～0.35)对甲烷-空气-稀释气混合气层...     

人射和反射激波与火焰相互作用的实验和数值显示

以等物质的量比的甲烷／空气为研究对象，利用YA-16多闪光高速照相机对火球在入射激波及其反射激波作用下的变形进行了实验研究．基于带化学反应的二维轴对称Navier-Stokes方程，采用带有Superbee限制函数的波传播算法，对该现象进行了数值模拟，并用计算光学对数值结果进行了处理，得出的计算阴影图和实验阴影照片比较吻合．结果表明，火球在入射激波的作用下，出现了Richtmyer-Meshkov不稳定、斜压效应和Helmholtz不稳定，导致火球不断变形，在局部区域还出现了湍流，加剧了燃烧．随后，反射激波再次作用火球，加速火焰变形的同时，还使火球在波后高能量的可燃气中剧烈燃烧，湍流强度也大幅度增加，同时由于壁面的限制，使得火球发展呈蘑菇云形状．而激波穿越火焰时，轴线上的激波强度也会得到加强．     

障碍物对火焰加速及爆燃转爆轰过程影响研究

为研究设障管内火焰传播特性以及爆轰转捩机理,比较固体障碍物和流体障碍物对火焰加速以及爆燃转爆轰（DDT）过程影响的区别,采用CFD软件对丙烷、氧气和氮气在爆轰管内爆燃转爆轰过程开展了模拟研究。研究结果表明：火焰前锋在固体障碍物的作用下,呈现先加速后减速的趋势;而火焰前锋在流体障碍物的作用下,加速趋势更为稳定。将首个固体障碍物改为流体障碍物能够缩短爆燃转爆轰的时间与距离,爆燃转爆轰距离与时间随着流体障碍物个数的增加呈现先减小后增加的趋势。     

稀疏波对预混火焰影响规律的试验研究

为揭示稀疏波与层流传播火焰的相互作用规律,以管道中传播的丙烷-空气预混火焰为研究对象,利用高速纹影摄像和压力测试等手段对稀疏波与火焰的干涉过程进行了研究．实验过程中采用不同的点火方案,分别对同向稀疏波和逆向稀疏波与火焰的干涉作用进行了研究．实验结果表明,稀疏波的干涉作用均能使火焰阵面结构发生变化、火焰产生明显震荡,并导致火焰由层流向湍流燃烧的迅速转变;但在稀疏波对火焰的作用的初始阶段,同向稀疏波会明显降低火焰传播速度,而逆向稀疏波则迅速增大火焰传播速度,并伴随着剧烈的震荡．     

预混气体在多孔介质中燃烧火焰面倾斜的演变

为研究多孔介质中火焰面倾斜演变及出现倾斜演变的原因,建立了二维碳化硅堆积小球的多孔介质燃烧器双温模型,对预混气体在燃烧器内的流动、传热和燃烧进行模拟.分析火焰面倾斜演变,并从温度场、气体流速场、压力场三个方面对火焰面出现倾斜演变现象进行分析.结果表明:给定初始倾斜角的火焰面会持续发展,出现更严重的倾斜现象;温度场、气体流速场、动压场通过影响燃烧化学反应速度、气体流动方向、壁面散热等间接影响火焰面的倾斜演变,导致火焰面倾斜的持续发展.     

变径管道中粉尘爆炸传播实验与模拟

为探究粉尘爆炸在变径管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了DN200长直管道和DN200~DN100的变径管道,以玉米淀粉为实验介质,通过实验和FLACS数值模拟相结合的方法,研究了粉尘爆炸在管道中火焰传播速度、超压峰值、火焰传播距离的变化规律.结果表明:火焰传播速度在管道内呈上升趋势,在变径点之后增幅明显变大,缩小管径对火焰传播起加速作用;但超压峰值在管道内呈下降趋势,其在变径后衰减幅度显著升高,缩小管径使超压衰减速率增加;通过数据拟合建立了变径管道引起爆炸腔内超压变化的数学模型;火焰传播距离随浓度增加而变长,相同浓度下渐缩变径管导致火焰传播距离变长.研究结果为除尘系统安全距离确定及阻火隔爆措施的设计提供了参考依据.     

复合推进剂粉尘最小点火能的实验研究

为研究复合推进剂在高压水射流冲击作用下的点火机理,采用哈特曼管粉尘爆炸设备,测试了典型复合推进剂粉尘的最小点火能,分析了成分、温度、湿度对最小点火能的影响.实验结果表明,湿度增加,粉尘体系最小点火能升高;温度增加,粉尘体系最小点火能降低;二茂铁含量对粉尘体系的最小点火能影响最为明显.     

可燃气体爆炸数值模拟模型简化分析

可燃气体爆炸过程可以采用欧拉方程或N-S方程数值模拟.本文由N-S方程推导了火焰加速及爆燃和爆轰速度计算的简明公式.公式计算结果与实验结果符合较好,能够根据可燃气体爆炸特性快速计算火焰速度及爆燃转爆轰发生的判据.