高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象的模擬.pdf

1、高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象的模擬重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：周理指導(dǎo)教師：茍小龍教授專業(yè)：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院二O一四年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要在全球能源短缺，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻的大背景下，積極開發(fā)新能源已經(jīng)成為世界各國(guó)的共識(shí)。我國(guó)作為一個(gè)煤炭生成和消耗的大國(guó)，新能源的開發(fā)對(duì)于我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有舉足輕重的意義。在眾多新型能源中，氫氣由于其高效、無污染等特點(diǎn)而得到了世界各國(guó)的

2、廣泛關(guān)注。氫氣的儲(chǔ)存技術(shù)在氫氣的生產(chǎn)、運(yùn)輸以及使用等環(huán)節(jié)中都占據(jù)著至關(guān)重要的作用。高壓儲(chǔ)氫已被證明是一種經(jīng)濟(jì)效益最好的儲(chǔ)氫方式之一，但是高壓氫氣泄漏自燃問題一直以來都是氫氣能源推廣中的極大安全隱患。高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象作為一個(gè)十分復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，目前人類對(duì)于其規(guī)律的認(rèn)識(shí)仍然非常有限。在該背景下，本文進(jìn)行了如下研究工作并取得了相關(guān)成果：圍繞著高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象展開研究，以激波管內(nèi)氫氣的水平射流作為研究對(duì)象，利用開源CFD計(jì)算程序包

3、OpenFOAM對(duì)激波管內(nèi)的高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬?；谟邢摅w積法，對(duì)時(shí)間的微分格式采用歐拉離散，而對(duì)梯度格式，散度格式以及拉普拉斯算子均采用高斯線性插值離散方法，并通過交錯(cuò)網(wǎng)格技術(shù)和PISO算法模擬了湍流場(chǎng)中的壓力場(chǎng)與速度場(chǎng)的耦合。通過以上方法對(duì)激波管內(nèi)的高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比和分析，證明了模擬結(jié)果的正確性。本文對(duì)氫氣在不同初始工況、不同結(jié)構(gòu)條件、以及二甲醚不同摻入量下的

4、泄漏自燃特性進(jìn)行了模擬和分析。研究結(jié)果表明：氫氣的初始?jí)毫统跏紲囟鹊脑鲩L(zhǎng)都會(huì)極大的提高管道內(nèi)形成的激波的溫度，從而促進(jìn)混合氣體的燃燒過程；下游管道的直徑減小則會(huì)加劇管道內(nèi)激波的聚集和反射，從而促進(jìn)混合氣體的燃燒，但是過小的管徑也會(huì)使得混合氣體量過少，從而減弱燃燒；管道長(zhǎng)度的增加會(huì)有利于氫氣和空氣的混合，從而促進(jìn)燃燒，但是過長(zhǎng)的管道長(zhǎng)度也會(huì)使得擴(kuò)散的氫氣帶走過多的熱量，從而減弱氣體燃燒；如果在氫氣摻入二甲醚氣體，則混合氣體的燃燒會(huì)呈現(xiàn)先