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摘要氢氧在容器内可控爆炸可以应用于多种工业工艺过程。本项目以海绵产品氢氧爆炸除膜项目为背景，通过热力学过程计算和数值模拟，获得压力的大小和压力波的传播规律，为容器的设计和海绵产品除膜工艺的制定提供依据。本课题以氢氧混合气体爆炸的工程应用为背景，对氢氧爆炸热力学过程进行理论计算和数值模拟。针对给定配比的氢氧气体爆燃进行热力学计算，得到爆炸后气体的压力和温度。并利用 Fluent 软件对混合气体的爆炸过程进行带化学反应的非定常流动数值模拟，得到爆轰波传播的规律，并对壁面上给定位置进行压力检测，分析压力波的发射对壁面压力的影响规律。31118
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毕业论文关键词 氢氧爆炸 热力学计算 fluent 仿真 压力波
Title Thermodynamic calculations and numerical simulation ofhydrogen explosion
Abstract Controlled explosion of hydrogen in the container can be used in a variety ofindustrial processes.This project in order to Sponge hydroxide explosion additionto film projects as the background,use Thermodynamic process calculations andsimulation,to get the size of pressure and the propagation of the pressure wave,forthe design of the container and foam products provide the basis for the developmentof the film in addition to the process.This topic in order to hydroxide mixed gas explosion engineering asbackground,theoretical calculations and numerical simulation of hydrogenexplosion thermodynamic process.For a given ratio of hydrogen gas deflagrationconduct a thermodynamic calculations,Obtained after the explosion of the gaspressure and temperature. And using Fluent software conduct numerical simulationof unsteady flow with chemical reactions carried out to explosive of gasmixtures ,got the law of detonation wave propagation,and to measure the pressureof given position on the wall,emission analysis of the influence of the pressurewave pressure on the wall.
Keywords Hydrogen explosion Thermodynamic calculationsFluent simulation Pressure wave
目次
1引言1
1.1课题研究的历史1
1.2国内外研究现状1
1.3课题研究的目的和意义1
1.4爆轰燃烧基本原理2
2试验设备及试验方案4
2.1试验设备4
2.2试验方案4
2.3试验结果及分析4
3化学模型及反应的影响因素8
3.2化学模型8
3.3对反应的影响因素9
4热力学计算10
4.1计算条件和初始条件10
4.2C-J理论和ZND模型10
4.3两种热力学计算方法10
4.4最小自由能法11
4.5CEA的应用19
4.6计算结果及分析20
5Fluent数值模拟21
5.1Fluent软件介绍21
5.2模拟结果21
结论25
致谢26
参考文献27
1 引言1.1 课题研究的历史燃烧会产生爆炸，爆炸按照燃烧速度可以分为两类：1、混合气体的火焰波传播速度低于声音传播速度的燃烧过程称为爆燃；2、混合气体的火焰波传播速度高于声音传播速度的燃烧过程称为爆轰。《宋史》中有这样的记载:“乃令所都人拥一火炮燃之，声如雷霆，震城土皆崩，烟气涨天外，兵多惊死者。”上面的文字描述了爆炸对于建筑和人的伤害。而西方国家一直到 13 世纪才开始应用由阿拉伯传入到欧洲的火药知识，比中国晚了 300~500 年。在爆炸领域，中国古代文明做出了卓越的贡献，但近代爆炸力学的基础却是在 19 世纪后，由欧洲学者们完成的。瑞典人诺贝尔制成了硝化甘油系列的混合炸药，实现了爆轰，开创了爆炸应用的新时期。在两次世界大战中，爆炸应用于工业中，爆轰学科的理论基础逐步在形成。人们开始逐渐认识到爆轰的本质是带有化学反应的冲击波，前沿冲击波作用在含能材料上，在高温高压条件下触发化学反应，释放能量并产生冲击波继续向外推进，爆轰波的结构非常复杂，因为力学效应和化学效应互相耦合。19世纪末，Krzychi,L.J 等人在实验研究气相爆轰的基础上，提出了C-J 理论，该理论将爆轰波中的化学反应区缩为一个强间断面，使得可以用流体力学方法处理爆轰波， 而不必考虑化学反应的过程。 20 世纪 40 年代， Nicholls ,J.A 、 Heldman,D 和 Francois Falempin 各自独立地提出了简单的爆轰波结构模型，称为ZND 模型。这个模型认为爆轰波由没有化学反应的冲击波和连续的化学反应区组成。相比较之下，ZND 模型要比 C-J 理论更符合实际的情况，但C-J 理论至今还在被广泛使用，因为它简单易用。1.2 国内外研究现状氢氧混合气体是燃烧和爆炸研究的一个主要课题，其研究可以追溯到19 世纪。虽然早期关于爆轰波传播的研究主要是为了解决煤矿爆炸事故中的系列问题，却提供了大量有关爆轰波传播方面的定性成果。而之后引擎和火箭推进等方面的迅速发展大大促进了爆轰波的后续研究。在此背景下，大量新的实验技术、设备被开发出来，很多新的爆炸现象和规律也被揭示出来。同时，随着物质传输、化学动力学和流体动力学等方面的成熟和完善催生了爆轰波的理论研究。20 世纪 70 年代早期，由于人们对环境污染和能源效率等方面的关注，燃烧研究进入了一个高速发展的时代。近年来，伴随激光诊断技术的出现、计算机计算能力的提高，燃烧和爆炸研究进入了一个定量预测的时代。在激光实验技术及其他关系手段（如纹影和阴影技术）的帮助下，爆炸的内在机制得以被精确揭示，包括爆炸的化学动力学、流体动力学
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