《表2 不同阶段火焰传播速度峰的变化》

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《管道截面尺寸对氢气火焰传播过程影响的数值模拟》

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由表2和图5知，管道截面尺寸对火焰传播速度的影响主要分为两个阶段:前期与中期。在火焰传播前期，即距点火端0～0.8 m的管段内，火焰峰值速度随管道截面尺寸的增大而减小。当管道截面边长为100 mm时，最大火焰传播速度可达176.7m/s，较截面边长为250 mm时快48.5%。该阶段火焰传播加速机制主要是火焰面与管道壁面摩擦产生的湍流涡加速火焰传播，该机制可由火焰传播过程的流场图得到验证，如图6所示，为早期火焰面流场变化，在火焰面由“球形”火焰转变为“指形”火焰时，火焰面与管壁接触时发生了部分熄灭，使得管壁处火焰传播速度有所降低，与轴线上火焰产生了速度梯度，四周管壁附近形成规则的涡对，涡对的存在加速了早期火焰的传播；结合图4（矩形线框所示）可以观察到，在点火初期，小截面管道形成“指形”火焰所需的时间明显短于大截面管道，因此，火焰传播早期小截面管道火焰传播速度上升更快。在火焰传播中期，即距离点火端0.8～5 m的管段内，截面边长为250 mm的管道中最大火焰传播速度可达500 m/s，较截面边长为100 mm时提升140.8%，大截面管道火焰加速效果明显优于小截面管道。结合图6和7，对于大截面管道，火焰传播过程产生的涡团尺寸比小截面管道的大很多，其湍动能强度也更高，对火焰传播的加速作用更大，因此火焰传播中期，大截面管道的火焰传播速度远大于小截面管道。而在火焰传播后期，即距点火端5.0～6.0 m的管段内，由于燃烧后期管道内压力急剧增大，由末端反射回来的反射波对火焰阵面的传播产生了巨大的阻力，导致火焰传播速度出现大幅度下降，所有工况火焰传播速度均趋于稳定的传播速度，此阶段管道尺寸对火焰传播速度的影响起次要作用，影响较小。从图5与表2知，4个工况下火焰传播后期火焰传播速度趋于一致。