多孔质材料中气相爆轰试验及数值模拟研究
多孔材料网状泡沫具有高孔隙率，高机械强度等优点，在军事上和工业上得到广泛应用。目前制作多孔网状泡沫的方法有传统的碱液浸泡法、蒸汽水解法和热空气法等，与传统工艺相比，采用可燃气体爆炸法制作网状泡沫具有工艺简单、环保卫生等优势。本文以氢氧混合气体爆炸法制作网状泡沫的生产工艺为研究背景，对多孔材料中气相爆轰进行试验和数值模拟研究。 (1)将气相爆轰制作多孔材料网状泡沫的爆炸过程简化为密闭空间内的可燃气体爆炸过程。并将可燃气体看作理想气体，由于爆炸燃烧反应极快，可视爆炸过程为绝热恒容过程。对密闭空间内可燃气体爆炸过程进行热力学分析，采用反应焓法和热力学能法计算爆炸中的最大温度和压力。 (2)根据多孔材料网状泡沫生产工艺设计试验方案共进行了三组6次试验，利用压力传感器测得爆炸过程中密闭空间壁面内侧的压力-时间曲线。通过试验结果的对比分析研究多孔材料孔径大小、空间占比以及可燃气体混合比例对爆炸压力的影响。根据空间内最大压力及其分布和变化规律对可燃气体的爆轰形态及气相爆轰制作网状泡沫的机理进行研究分析。 (3)建立多孔材料中可燃气体爆炸的三维模型，利用Fluent软件进行数值模拟，结合以往的数值模拟经验，利用多孔介质模型来表征多孔泡沫特性。分析了密闭空间内有无多孔材料对爆轰波的影响，发现多孔材料具有抑制爆轰波的作用，并对不同孔径多孔材料中爆轰波进行了数值模拟。结合理论计算结果，将试验测量数据与数值模拟结果进行对比分析。 通过理论计算、试验以及数值模拟，以氢氧混合气体爆轰制作网状泡沫的生产工艺为背景，对多孔质材料中气相爆轰波进行研究。研究结果对爆炸法制作网状泡沫生产工艺具有一定的指导意义，同时对爆轰波在不同多孔材料中的研究具有一定的工程应用价值。
多孔质材料;气相爆轰;数值模拟;热力学能法
南京理工大学
硕士
热能工程
江坤
2017
中文
TB383
65
2017-07-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）