泄爆外流场的数值研究.pdfVIP

第23卷第3期 计 算 力 学 学 报 Vo1．23。No．3 2006年 6月 ChineseJournalofComputationalMechanics June2006 文章编号 ：1007—4708(2006)03—0328—05 泄爆外流场的数值研究 姜孝海， 范宝春 (南京理工大学 动力学院，南京 210094) 摘 要：采用基于k-~湍流模型和 “漩涡破碎”燃烧模型的同位网格 SIMPLE算法，对充满当量 比的甲烷一空气预混 气的柱形泄爆容器，向空气中泄爆的过程进行了数值模拟。并将计算获得的密度和组分等的轴对称二维分布转 换为三维分布，由阴影 图的光学原理 ．绘制 了相应的计算阴影图。根据计算结果分析 了泄爆后外流场 出现的可燃 云团、火焰、压缩波和漩涡等的特征，并将绘制 的计算阴影 图与实验阴影照片进行 了对照。结果表 明，计算阴影所 反映出的火焰形状及外流场压缩波的变化过程与实验结果基本一致。 关键词：爆炸；泄爆；计算阴影 中图分类号 ：0389；X932 文献标识码 ：A -．7以获得丰富 的流场信 息 。考虑 到数学模 型 的实 1 引 言 用性和当前的计算水平，本文采用基于 k-~湍流模 工业上常用的防爆技术有抑爆和泄爆 ，其中泄 型和 Eddy-Dissipation燃烧模型的同位网格 SIM— 爆是指通过泄爆 口将 内部高压 已燃和未燃混合气 PLE算法1-43，对柱形泄爆容器向空气泄爆的情形 或粉尘释放到外部空间中，使内部压力迅速降低， 进行了模拟。 以防爆炸 。但 由于泄爆过程存在许多不确定性因 另外，阴影 图反 映了流场密度 的平面二维变 素 ，在一定的条件下，内流场压力虽降低了，但外流 化，当流场中出现大 的密度梯度时，如火焰、激波 场压力可能出现很高 的峰值，甚至产生外部爆 等，能有效地反映其阵面形状 。因此，根据 已知 的 炸 [1]。因此 ，为认识和防止这种爆炸灾害，研究泄 流场密度和组分 的三维分布，通过计算光学理 爆后外流场的特征具有重要 的意义。 论1-53，可绘制相应 的计算阴影 图，并能直接与实验 关于泄爆 ，人们做了很多的工作，但主要集 中 于内流场I-2-53。Cooper等1-23对泄爆后 内流场产生 照片进行对照，以更形象地揭示和验证流场特征。 超压的机制进行 了详细的实验研究，但未涉及到外 2 数值模型 流场。关 于泄爆外 流场 的研究，主要 以实验为 主[1]。Harrison等[1]对大型爆炸管的泄爆过程 根据 h 湍流模型，有守恒方程 进行了一系列的实验，实验测得的内外压力和高速 - -I一盟 一o (1) 摄影照片说明了外部爆炸的存在 以及外部爆炸对 内压力的影响。而这种外部爆炸的产生并不是必 aAeu／+ ( 一aul~， ap+AS a￡ 然的，需具备相应的条件 。Catlin[3]对初始时内外