关键词:
高压氢气
泄漏
自燃
管道结构
激波
数值模拟
摘要:
【目的】氢气作为一种清洁高效的能源,有望缓解能源紧缺问题,然而其较高的火灾危险性是氢能应用的重要瓶颈之一。【方法】采用大涡模拟模型、涡耗散概念模型、瞬间破裂模式及21步氢-空气详细化学反应机理,建立激波管高压氢气泄漏模型。改变高压氢气泄放条件(泄放压力、管径、管道几何形状),探究激波在管道内的传播特性;提出前导激波平均强度概念,探究管内激波诱导自燃规律,分析前导激波强度对氢气、氧气混合程度的影响。【结果】管径越大,管道内激波强度越小,传播速度越慢;随着泄放压力增加,激波强度随之增加,激波传播速度增大,管道中网状激波结构更加清晰。下游管道几何形状对于激波的作用有显著影响,非锐角管道角度越大,第1次反射激波后压力越小。在未自燃工况下,氢气摩尔分数增加量、氧气摩尔分数减少量与激波强度呈正相关变化趋势;在自燃工况下,由于燃烧消耗作用与激波混合作用相互叠加,随着激波强度增加,氢气摩尔分数增加量降低,而氧气摩尔分数减少量升高。【结论】研究结果对于充分认识高压氢气泄漏自燃机理具有重要科学意义。建议开展耦合多特征参数的高压氢气泄漏自燃预测模型以及高压氢气泄漏自燃抑制技术研究工作,从而为氢气的安全储存及利用提供支撑。(图16,表1,参42)