障碍物对激波诱导沉积煤粉影响的数值模拟研究

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我国拥有丰富的石化能源,同时也是一个能源生产大国和消费大国。煤炭在我国的能源结构中长期占主导地位,并且在未来的一段时间内,依然是国家基础建设中非常重要的战略物资。本文运用理论分析和数值模拟仿真相结合的手段对煤尘爆炸机理和条件,以及障碍物对瓦斯爆炸卷扬沉积煤粉的影响进行了研究。主要研究内容是,建立瓦斯爆炸卷扬沉积煤粉直管道模型,从理论分析和模拟仿真两方面讨论了煤尘颗粒在冲击波作用下的运动过程;在置障条件下,分别对障碍物阻塞率、障碍物数量、障碍物间距对煤尘卷扬的过程进行了模拟仿真。通过数值模拟得出以下结论:(1)煤尘卷扬过程一共经历三个阶段:加速上扬阶段、减速阶段和气力输送阶段。上扬阶段煤尘云的左端会呈现弯曲的钩状,且几乎全部分布在管道模型的下半部分;减速阶段经历的时间比较短,煤尘云浓度较高,大部分煤尘没有参加反应;气力输送阶段的煤尘在水平方向上的速度快速增大,煤尘颗粒开始延管道传播,煤尘区被拉长。(2)不同阻塞率的障碍物对煤尘颗粒的影响不同,阻塞率为50%和75%时对煤尘云分布状况的影响较为显著;障碍物阻塞率越大,煤尘颗粒在水平方向上的输送距离越短;障碍物阻塞率为50%时对压力的增速影响最大。(3)障碍物的数量越多,管道内峰值压力越大,到达峰值所经历的时间越短。多障碍物情况下,压力会出现来回震荡的现象。(4)障碍物间距对峰值压力的影响较小,且6m时压力的变化规律与3m时压力的变化规律相比也没有明显的变化。
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