將該濃度下的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值在沿管道不同測(cè)點(diǎn)處進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示。
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從圖5中不難看出壓力波的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定差異。模擬值在10m至50m范圍以及55m至65m范圍內(nèi)要明顯大于實(shí)驗(yàn)值，可能與模擬時(shí)壁面條件的設(shè)定有關(guān)，數(shù)值模擬中壁面設(shè)定為光滑，而實(shí)際管道的壁面粗糙，因此天然氣燃爆傳播過(guò)程中損耗了部分能量，使得壓力值有所降低。而在出口附近模擬值逐漸降低，這與實(shí)驗(yàn)值逐漸升高的趨勢(shì)正好相反，這是由于實(shí)驗(yàn)中在出口處進(jìn)行了封膜處理，這就對(duì)出口附近的壓力波造成擾動(dòng)，使得壓力值升高，而模擬中出口處沒(méi)有做任何處理，因此泄壓后壓力值是降低的。若從曲線的變化趨勢(shì)來(lái)看，管道天然氣燃爆時(shí)壓力波最大壓力值都是在爆源點(diǎn)附近先降低，然后上升到某一峰值再逐漸衰減。
4．2 火焰?zhèn)鞑ツM結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析
表2為濃度9.5％的管道天然氣燃爆數(shù)值模擬結(jié)果得出的火焰在各測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)時(shí)間，并與實(shí)驗(yàn)得出的火焰呈現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行比較。
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測(cè)點(diǎn)位置／m4.913.321.730.138.54 6.9?55.363.772.1
模擬火焰呈現(xiàn)時(shí)間／ms1321852272 5 0281316357389425
實(shí)驗(yàn)火焰呈現(xiàn)時(shí)間／msl281742102 2 7?2532823 1 7344367
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從圖6中可以看出模擬時(shí)和實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)點(diǎn)距離和火焰呈現(xiàn)時(shí)間的關(guān)系是一致的，都是隨著距離的加大，火焰呈現(xiàn)時(shí)間單調(diào)遞增，但是值得注意的是模擬的各測(cè)點(diǎn)火焰呈現(xiàn)時(shí)間要比實(shí)驗(yàn)時(shí)火焰呈現(xiàn)時(shí)間長(zhǎng)，這可能與管壁的粗糙程度有關(guān)系。
利用公式(4-1)
V=L／(T2-T1)?? (4-1)
式中L—相鄰兩個(gè)火焰?zhèn)鞲衅髦g的距離；
T1—火焰前鋒到達(dá)第一個(gè)傳感器的時(shí)刻；
T2—火焰前鋒到達(dá)第二個(gè)傳感器的時(shí)刻。
計(jì)算結(jié)果繪制成圖7，用來(lái)表示管道天然氣燃爆時(shí)火焰速度沿管道的變化情況。
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由圖7可以看出，由于點(diǎn)火位置不是在封閉端IX中央而是在管壁靠近封閉端1.3m處，造成了火焰?zhèn)鞑ブ炼丝诤笮纬闪朔瓷浠鹧?，所以剛開(kāi)始火焰?zhèn)鞑ニ俣扔兴鶞p小，隨著傳播距離的加長(zhǎng)，曲線趨于平緩，火焰?zhèn)鞑ニ俣扔兴龃?，達(dá)到一定的峰值后火焰?zhèn)鞑ニ俣扔兴鶞p少，靠近端口處，實(shí)驗(yàn)值又有所上升，而模擬值反而有所降低。這可能是由于實(shí)驗(yàn)時(shí)有封膜處理加上管壁的粗糙以及測(cè)試處的極度凹凸造成了對(duì)火焰的擾動(dòng)，而模擬時(shí)假設(shè)管壁光滑而且無(wú)封膜處理，所以導(dǎo)致了火焰速度整體實(shí)驗(yàn)值大于模擬值；至于出口處模擬值下降而實(shí)驗(yàn)值上升是由于模擬無(wú)封膜處理所致。因此整體來(lái)說(shuō)，火焰速度模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)時(shí)是基本吻合的。
5 天然氣燃爆的微觀解釋
用Fluent模擬出了隨著管道內(nèi)天然氣的逐漸消耗，其對(duì)應(yīng)的反應(yīng)速率、火焰陣面以及壓力波陣面的變化趨勢(shì)，這是實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)法觀測(cè)到的，如圖8所示：
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在模擬管道內(nèi)隨機(jī)截取了天然氣燃爆過(guò)程中5個(gè)不同時(shí)刻下各參數(shù)的云圖，時(shí)間分別為263ms、305ms、342ms、361ms、402ms，由圖8可以看出，在某個(gè)時(shí)刻，當(dāng)管道內(nèi)燃燒的天然氣消耗量達(dá)到某位置時(shí)，相對(duì)應(yīng)的天然氣燃燒反應(yīng)速率和火焰波陣面也到達(dá)同一位置，然而與此同時(shí)壓力波陣面卻是超前此位置的。這正好從模擬的角度合理解釋了管道天然氣燃爆時(shí)傳播中的兩波三區(qū)結(jié)構(gòu)，即火焰波陣面和壓力波陣面形成了三個(gè)區(qū)域，分別為天然氣&空氣混合氣體的初始狀態(tài)、前驅(qū)沖擊波通過(guò)后的狀態(tài)、爆燃波陣面通過(guò)后的狀態(tài)，且壓力波陣面超前火焰波陣面。
6 結(jié)語(yǔ)
天然氣易燃易爆的特性決定了天然氣安全運(yùn)行管理具有廣泛性、復(fù)雜性、系統(tǒng)性和必然性，因此，城鎮(zhèn)燃?xì)饨?jīng)營(yíng)企業(yè)具有基礎(chǔ)性、服務(wù)性、公共安全性的特征。黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視安全生產(chǎn)工作，提出了科學(xué)發(fā)展安全發(fā)展的理念。城鎮(zhèn)燃?xì)饨?jīng)營(yíng)企業(yè)的安全運(yùn)行管理工作不僅僅局限在企業(yè)內(nèi)部，而是面向全社會(huì)，關(guān)系到社會(huì)穩(wěn)定和市民的生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著天然氣市場(chǎng)的開(kāi)拓和廣泛利用，龐大的管網(wǎng)系統(tǒng)和多樣化的用氣環(huán)境給安全管理工作提出了更高的要求。筆者采用FLUENT軟件模擬出了管道天然氣燃爆的全過(guò)程，并結(jié)合模擬參數(shù)下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析了天然氣燃爆時(shí)壓力和火焰的傳播規(guī)律以及實(shí)驗(yàn)無(wú)法觀測(cè)到的一些物理化學(xué)變化規(guī)律，為預(yù)防和減少天然氣燃爆事故提供了理論依據(jù)，希望對(duì)天然氣行業(yè)安全技術(shù)研究具有一定的借鑒性意義。
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