Fluent氣體燃燒爆炸初探

2016-09-04 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,有很多情況能使氣體燃料與空氣混合,達(dá)到可燃濃度,此時(shí)若有點(diǎn)火源存在,就可能釀成燃燒、爆炸災(zāi)害,造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

目前常用的解析模型有等溫爆炸模型、絕熱爆炸模型和一般模型,它們均假設(shè)整個(gè)容器內(nèi)壓力在任何時(shí)刻都均勻分布,沒(méi)有考慮流體動(dòng)力學(xué)方程,也沒(méi)有考慮化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)值模擬方法能考慮更多的問(wèn)題,已成為求解爆炸這類復(fù)雜問(wèn)題的有效手段。通過(guò)數(shù)值計(jì)算,獲得了不同時(shí)刻爆燃的壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、密度場(chǎng)的變化數(shù)據(jù),為工程上防爆、抑爆、泄爆提供了理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)。

相對(duì)于實(shí)驗(yàn)研究,數(shù)值模擬具有研究成本低、周期短、無(wú)實(shí)驗(yàn)儀器干擾,能獲得完整的數(shù)據(jù),能將計(jì)算情況在計(jì)算機(jī)屏幕形象地再現(xiàn)等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

Fluent氣體燃燒爆炸基本設(shè)置

1、選擇Density based及瞬態(tài)求解

2、選擇RNG k-E湍流模型

3、推薦使用Chemkin進(jìn)行反應(yīng)機(jī)理設(shè)置,然后導(dǎo)入Fluent

4、初始化設(shè)置可燃?xì)怏w濃度在爆炸極限內(nèi),并設(shè)置點(diǎn)火點(diǎn)溫度(或使用點(diǎn)火模型)

實(shí)例計(jì)算結(jié)果

下圖為管道內(nèi)9.5%的甲烷與空氣混合點(diǎn)燃爆炸所產(chǎn)生的壓力隨時(shí)間變化。

由于Density based對(duì)Species種類限制不超過(guò)50個(gè),因此還不能模擬特別復(fù)雜的氣體燃燒爆炸,或者需要對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化。

總體來(lái)講,選擇合適反應(yīng)機(jī)理是計(jì)算氣體爆炸的關(guān)鍵,另外fluent計(jì)算爆炸需要較小的網(wǎng)格尺寸和時(shí)間步長(zhǎng),因此計(jì)算速度非常慢,與FLACS、Autoregas等專業(yè)爆炸模擬軟件相比,不具備優(yōu)勢(shì)。

Chemkin導(dǎo)入問(wèn)題

Chemkin機(jī)理導(dǎo)入Fluent時(shí)可能會(huì)遇到license報(bào)錯(cuò)的問(wèn)題,按照以下方法導(dǎo)入可解決此問(wèn)題:

Files—>Import—>CHEMKIN Mechanism

在此處導(dǎo)入CHEMKIN Mechanism File、Database File、Transport Property Database 即可,不會(huì)出現(xiàn)license錯(cuò)誤提示。

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