1. 研究目的与意义（文献综述）
目的及意义（含国内外的研究现状分析）
瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大恶性事故之一，其破坏力巨大，对煤矿生产安全造成巨大威胁。预防与控制瓦斯爆炸事故的发生是安全生产工作中的重要课题。瓦斯爆炸初始阶段，火焰传播速度小于前驱压力波传播速度，当前驱压力波碰到固体壁面后会造成反射。反射压力波和火焰阵面相互作用，会造成火焰传播速度波动，甚至反向传播。部分实验研究表明，通道内的障碍物也会造成反射压力波强度改变，对火焰传播速度影响很大，这可能造成瓦斯爆炸抑制设备启动时间误差，降低抑爆成功率。考虑到实际煤矿巷道的各种设施，研究布置不同障碍物的密闭长管道中反射压力波的动态特性，及反射压力波与火焰阵面间的相互作用，对于瓦斯爆炸事故的防治，相关防爆隔爆设施的开发研制都具有重要意义。
近几年来，国内外学者对密闭空间可燃性气体在放置障碍物的情况下的火焰传播速度与爆炸压力的变化规律做了大量研究。国内，周宁等[1]通过试验发现密闭管道气体爆炸时，末端反射波会导致当地火焰亮度增加现象，前端反射波会导致当地火焰分离与复燃现象；余明高等[2]采用试验并以高速纹像技术记录并进行数据处理进行了障碍物对甲烷氢气爆炸特性的影响，研究结果表明相同工况下火焰传播结构基本相似，传播路径随障碍物阻塞率增大而变窄；传播速度随着障碍物阻塞率与氢气体积分数的增大而上升，也随着障碍物形状的改变而产生变化；林柏泉等[3]在试验的基础上讨论了一维空间里终端平直壁面产生的反射波自身传播特性及其对管内瓦斯爆炸火焰传播特性的影响，其试验发现反射波与火焰面相遇时会造成火焰面先减速，在二次加速，当反射波强度过大时，会使火焰面抑制或使火焰熄灭，而当反射波在火焰内部时，不会对火焰传播速度造成影响，但会使火焰产生分离现象；归明月等[4]以等物质的量比的甲烷/空气为研究对象，利用闪光高速照相机对火球在入射激波及其反射激波作用下的变形进行了实验研究，并采用带有superbee限制函数的波传播算法,对该现象进行了数值模拟，结果表明，火球在入射激波的作用下火球不断变形,在局部区域还出现了湍流，加剧了燃烧。随后。反射激波再次作用火球,加速火焰变形的同时,还使火球在波后高能量的可燃气中剧烈燃烧,湍流强度也大幅度增加,同时由于壁面的限制,使得火球发展呈蘑菇云形状.而激波穿越火焰时,轴线上的激波强度也会得到加强；张仁贵等[5]在实验的基础上，研究了瓦斯爆炸过程中火焰传播规律及其加速机理。研究结果表明，障碍物对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律具有重要影响。当有障碍物存在时，瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度将迅速提高，在沿火焰传播的通道上设置障碍物，对气相火焰具有加速作用，这种加速作用的机理可归功于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈；lecocq 等[9]进行了基于urans框架的cfd计算，研究了声学和边界层湍流对火焰动力学的作用， 可以通过选择的湍流模型k-ωsst模型来解释，该模型已知适用于有边界的流动，但会产生过多的湍流以加速流动。
2. 研究的基本内容与方案
基本内容和目标
研究内容：
1.不同长度密闭直管段中，反射压力波动态特性对火焰传播速度的影响机理。2.布置不同障碍物的密闭直管段中，反射压力波动态特性对火焰传播速度的影响机理。
研究目标：
揭示不同长度密闭直管段中，反射压力波动态特性对火焰传播速度的影响机理。揭示在布置不同障碍物的密闭直管段中，反射压力波动态特性对火焰传播速度的影响机理。
技术方案和措施
方案一：在无障碍物不同长度密闭直管段无障碍物条件下，进行模拟计算。
1.
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2.利用icem对所建立的二维模型进行网格划分并进行网格无关性验证。
3.设置物理条件 ：
本文将以一个在管道左侧温度为1500 K的高温区域代替电火花点火。
基本控制方程与湍流模型：设置直接数值模拟方法（DNS）对其基本控制程进行求解。采用雷诺时均湍流模型以求出平均流场。
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燃烧过程模拟：本文选用有限速率模型。
边界条件：管道壁面与障碍物壁面设置为绝热壁面，采用无滑移边界条件。
初始条件：甲烷-空气预混气体，甲烷体积浓度9.5%，初始温度300K，初始
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4.求解器的设置：
计算为瞬态工况，初步时间步长为0.0001ms，能量空间与动量离散采用二阶迎风格式，湍流相关与组分相关量为一介迎风格式，离散方程组求解采用SIMPLE算法。
方案二：同一管道长度不同障碍物条件下，进行模拟，具体操作如下：
1.建立几何模型:本文采用二维模型，参考前人的试验管道尺寸，并在管道中设置梯形、方形、圆形不同障碍物条件的矩形管道模型。如下图所示：
其余步骤同方案一。
利用求解器进行计算，检验模拟结果，并修订模型，将准确可信的计算结果导出到tecplot软件中进行后处理，处理展现的结果主要包括不同障碍物条件下障碍物处火焰阵面形状以及障碍物处的火焰传播速度，障碍物处火焰锋前位置随时间变化，障碍物处压力波动的时域特性，障碍物处压力波动的频域特性，障碍物处速度波动的时域特性。
将不同障碍物条件下火焰阵面形状以及障碍物处的火焰传播速度，障碍物处火焰锋前位置随时间变化进行对比，分析出火焰传播的速度变化规律，不同障碍条件下的火焰传播特性并分析不同障碍条件造成不同火焰传播特性的的原因。
将同一障碍物条件下障碍物处速度波动的时域特性、频域特性与障碍物处压力波动的时域特性、频域特性进行比对，从而揭示反射压力波动态特性对密闭管道内预混气体火焰传播速度的相互作用影响的机理。
3. 研究计划与安排
进度安排（按周次填写）
第1~3周 查阅文献；分析题目研究现状，学习基本理论，撰写开题报告；
第4周修改开题报告，学习fluent的使用；
4. 参考文献（12篇以上）
参考文献（20篇）
[1]周宁,张冰冰,冯磊,耿莹,姜帅,张路.反射波对预混气体爆炸过程与管壁动态响应的影响[j].爆炸与冲击.2006,36(4):541-547
[2]余明高,阳旭峰,郑凯,万少杰.障碍物对甲烷/氢气爆炸特性的影响[j].爆炸与冲击,2018, 38(1): 19-27
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