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第1章 绪论1

1.1 安全背景1

1.2 能源利用背景3

1.3 研究意义4

第2章 可燃预混气体燃烧研究进展6

2.1 预混火焰6

2.1.1 层流预混火焰传播理论6

2.1.2 火焰不稳定性10

2.1.3 湍流预混燃烧12

2.1.4 火焰自湍化理论17

2.2 受限空间内预混火焰发展机制17

2.2.1 障碍物对火焰传播的加速机理18

2.2.2 爆燃向爆轰转捩19

2.2.3 受限空间内可燃气体抑爆技术20

2.3 基于亚格子湍流燃烧模型的爆燃模拟20

2.4 受限空间内可燃气体燃烧的研究评述21

第3章 燃烧实验诊断技术22

3.1 温度测量22

3.1.1 接触式测温法23

3.1.2 非接触式测温法25

3.2 火焰自发光图像摄影法27

3.3 流场结构测定28

3.3.1 粒子图像测速技术28

3.3.2 衍射成像法33

3.4 燃烧反应进程测量35

3.4.1 离子探针测量技术36

3.4.2 平面激光诱导荧光技术36

第4章 实验系统和实验方法38

4.1 实验系统38

4.1.1 燃烧管道38

4.1.2 配气与洗气系统40

4.1.3 点火系统41

4.1.4 高速摄影仪41

4.1.5 压力测量系统42

4.1.6 离子电压测试系统42

4.1.7 数据采集仪43

4.1.8 同步控制器44

4.2 实验程序与初始条件44

4.2.1 实验方法44

4.2.2 实验程序44

4.2.3 实验初始条件45

第5章 可燃预混气体火焰传播的大涡模拟46

5.1 物理模型47

5.2 湍流模型47

5.2.1 RANS48

5.2.2 LES48

5.3 亚格子燃烧模型51

5.4 数值方法、初始条件和边界条件53

第6章 空管道内甲烷-空气预混火焰传播动力学54

6.1 甲烷-空气预混火焰传播的实验研究54

6.2 甲烷-空气预混火焰传播的数值模拟研究55

6.2.1 火焰形态变化特征55

6.2.2 火焰速度变化特性和升压特性56

6.2.3 火焰锋面和流场的相互作用57

6.2.4 燃烧反应强度和火焰面厚度58

6.3 长径比对甲烷-空气预混火焰传播特性的影响59

第7章 置障管道内甲烷-空气预混火焰传播动力学63

7.1 置障管道内甲烷-空气预混火焰的实验研究63

7.1.1 火焰形态变化特征64

7.1.2 火焰前锋动力学特性66

7.1.3 升压特性67

7.2 亚格子燃烧模型的预测性能分析68

7.2.1 火焰形态变化68

7.2.2 火焰前锋传播速度变化和升压特性68

7.3 阻塞率对甲烷-空气预混火焰传播特性的影响70

7.3.1 火焰形态变化特性70

7.3.2 火焰前锋传播速度变化特性和升压特性70

7.3.3 流场结构72

7.3.4 障碍物对火焰传播的影响机制74

7.3.5 温度场75

7.3.6 涡量特征76

7.3.7 湍流和火焰的相互作用机制77

第8章 孔口障碍物管道内甲烷-空气预混火焰传播动力学过程80

8.1 火焰表面积理论推导80

8.2 孔口形障碍物管道内甲烷-空气预混火焰传播特性的实验研究84

8.3 模拟有效性验证88

8.3.1 网格独立性分析88

8.3.2 Pope准则验证89

8.4 模型对比分析90

8.4.1 涡黏模型对比90

8.4.2 湍流火焰速度91

8.4.3 静态和动态power-law91

8.5 模拟初始条件和边界条件93

8.6 数值模拟结果94

8.6.1 不同模型模拟结果对比94

8.6.2 不同power-law模型计算结果对比99

8.7 球形和指形阶段甲烷-空气预混火焰传播动力学过程102

8.7.1 火焰结构变化103

8.7.2 火焰锋面位置和速度104

8.8 孔口形障碍物对甲烷-空气预混火焰传播的影响106

8.8.1 火焰面湍流火焰速度106

8.8.2 管道内温度107

8.8.3 管道内流场110

8.8.4 管道内涡量112

8.8.5 管道内压力分布114

8.9 火焰燃烧机制116

第9章 障碍物孔形、孔间距对甲烷-空气预混火焰传播影响118

9.1 障碍物开孔形状对火焰传播过程的影响118

9.1.1 火焰形杰118

9.1.2 火焰传播速度119

9.1.3 压力动态变化120

9.2 障碍物孔间距对火焰传播的影响121

9.2.1 火焰形态变化特性122

9.2.2 火焰前锋传播速度变化规律123

9.2.3 管道内压力动态变化规律125

第10章 障碍物孔数对甲烷-空气预混火焰传播影响126

10.1 双孔障碍物对管道内甲烷-空气预混火焰传播影响126

10.1.1 火焰形态变化过程的自发光图像126

10.1.2 火焰形态变化过程的数值模拟128

10.1.3 火焰前锋传播速度变化特性130

10.1.4 管道内超压特性131

10.1.5 管道内流场分布的数值模拟133

10.1.6 管道内速度分布的数值模拟134

10.2 障碍物孔数对火焰传播特性的影响134

10.2.1 火焰形态发展变化特性135

10.2.2 火焰前锋位置与火焰速度135

10.2.3 管道内压力动态变化特性137

10.2.4 火焰传播和湍流的相互作用138

参考文献139