管道H_2/空气爆燃流场和动态响应的计算研究

针对反应堆热交换器安全问题,对管道H2/空气爆燃和结构动力学响应进行了数值研究.基于MPI模型和分块求解,利用迎风TVD格式求解多组元带化学反应N-S方程得到了H2/空气爆燃流场.化学源项采用点隐处理,数值点火模型是在指定空间和时间内注入能量CpΔT,用12组元/23反应描述H2/空气反应机理,得到了不同时刻压力、OH质量分数等云图和指定点压力时间分布.基于解耦计算思想,将不同时刻管内壁面压力作为输入载荷,采用FEM求解Lagrange坐标系下的虚功原理,得到不同时刻管道应力、应变云图和指定点等效应力时间曲线.结果表明：本文计算条件下,管道头部点火后,冲击波在慢化剂室和外管组成的空间内不断反射,冲击波经过狭缝（宽2mm）未被所诱导的边界层耗散,即爆燃未熄灭.在狭缝出口处,冲击波和高温燃气射流在内管表面反射并出现重点火.冲击波在下游演化为平面波并在管道端面反射.当管内冲击波产生和传播时,外管、慢化剂壳体和内管产生了以更快速度传播的应力波.应力波在管体内外壁面反射,冲击波在下游传播方向和管道轴线一致,管道受力较小.慢化剂室顶面和侧面交线、下底面和内管连接处均出现应力集中,成为结构易受破坏区域.基于自编计算程序,该文提供了管内气体爆炸引起的管道结构安全的一种分析方法,所得结果和定性物理分析相符,但需作进一步的实验验证.