本书以燃烧学、化学反应动力学及流体力学为基础，从实验方法、理论模型和数值模拟上对受限空间内甲烷空气预混火焰传播动力学进行系统论述，内容主要包括受限空间内甲烷空气预混火焰总表面积、管道内压力和压力上升速率之间的理论关系式，甲烷空气预混火焰的精细结构和传播特性，亚格子涡黏模型和亚格子湍流燃烧模型对非稳态甲烷空气预混火焰传播预测性能，甲烷预混火焰与湍流的相互作用机制，层流火焰向湍流转捩的机理及其结构的变化规律等。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 安全背景 1
1.2 能源利用背景 3
1.3 研究意义 4
第2章 可燃预混气体燃烧研究进展 6
2.1 预混火焰 6
2.1.1 层流预混火焰传播理论 6
2.1.2 火焰不稳定性 10
2.1.3 湍流预混燃烧 12
2.1.4 火焰自湍化理论 17
2.2 受限空间内预混火焰发展机制 17
2.2.1 障碍物对火焰传播的加速机理 18
2.2.2 爆燃向爆轰转捩 19
2.2.3 受限空间内可燃气体抑爆技术 20
2.3 基于亚格子湍流燃烧模型的爆燃模拟 20
2.4 受限空间内可燃气体燃烧的研究评述 21
第3章 燃烧实验诊断技术 22
3.1 温度测量 22
3.1.1 接触式测温法 23
3.1.2 非接触式测温法 25
3.2 火焰自发光图像摄影法 27
3.3 流场结构测定 28
3.3.1粒子图像测速技术 28
3.3.2衍射成像法 33
3.4 燃烧反应进程测量 35
3.4.1 离子探针测量技术 36
3.4.2 平面激光诱导荧光技术 36
第4章 实验系统和实验方法 38
4.1 实验系统 38
4.1.1 燃烧管道 38
4.1.2 配气与洗气系统 40
4.1.3 点火系统 41
4.1.4 高速摄影仪 41
4.1.5 压力测量系统 42
4.1.6 离子电压测试系统 42
4.1.7 数据采集仪 43
4.1.8 同步控制器 44
4.2 实验程序与初始条件 44
4.2.1 实验方法 44
4.2.2 实验程序 44
4.2.3 实验初始条件 45
第5章 可燃预混气体火焰传播的大涡模拟 46
5.1 物理模型 47
5.2 湍流模型 47
5.2.1 RAN8 48
5.2.2 LE8 48
5.3 亚格子燃烧模型 51
5.4 数值方法、初始条件和边界条件 53
第6章 空管道内甲烷-空气预混火焰传播动力学 54
6.1 甲烷-空气预混火焰传播的实验研究 54
6.2 甲烷-空气预混火焰传播的数值模拟研究 55
6.2.1 火焰形态变化特征 55
6.2.2 火焰速度变化特性和升压特性 56
6.2.3 火焰锋面和流场的相互作用 57
6.2.4 燃烧反应强度和火焰面厚度 58
6.3 长径比对甲烷-空气预混火焰传播特性的影响 59
第7章 置障管道内甲烷-空气预混火焰传播动力学 63
7.1 置障管道内甲烷-空气预混火焰的实验研究 63
7.1.1 火焰形态变化特征 64
7.1.2 火焰前锋动力学特性 66
7.1.3 升压特性 67
7.2 亚格子燃烧模型的预测性能分析 68
7.2.1 火焰形态变化 68
7.2.2 火焰前锋传播速度变化和升压特性 68
7.3 阻塞率对甲烷-空气预混火焰传播特性的影响 70
7.3.1 火焰形态变化特性 70
7.3.2 火焰前锋传播速度变化特性和升压特性 70
7.3.3 流场结构 72
7.3.4 障碍物对火焰传播的影响机制 74
7.3.5 温度场 75
7.3.6 涡量特征 76
7.3.7 湍流和火焰的相互作用机制 77
第8章 孔口障碍物管道内甲烷-空气预混火焰传播动力学过程 80
8.1 火焰表面积理论推导 80
8.2 孔口形障碍物管道内甲烷-空气预混火焰传播特性的实验研究 84
8.3 模拟有效性验证 88
8.3.1 网格独立性分析 88
8.3.2 Pope准则验证 89
8.4 模型对比分析 90
8.4.1 涡黏模型对比 90
8.4.2 湍流火焰速度 91
8.4.3 静态和动态power-law 91
8.5 模拟初始条件和边界条件 93
8.6 数值模拟结果 94
8.6.1 不同模型模拟结果对比 94
8.6.2 不同power-law模型计算结果对比 99
8.7 球形和指形阶段甲烷-空气预混火焰传播动力学过程 102
8.7.1 火焰结构变化 103
8.7.2 火焰锋面位置和速度 104
8.8 孔口形障碍物对甲烷-空气预混火焰传播的影响 106
8.8.1 火焰面湍流火焰速度 106
8.8.2 管道内温度 107
8.8.3 管道内流场 110
8.8.4 管道内涡量 112
8.8.5 管道内压力分布 114
8.9 火焰燃烧机制 116
第9章 障碍物孔形、孔间距对甲烷-空气预混火焰传播影响 118
9.1 障碍物开孔形状对火焰传播过程的影响 118
9.1.1 火焰形态 118
9.1.2 火焰传播速度 119
9.1.3 压力动态变化 120
9.2 障碍物孔间距对火焰传播的影响 121
9.2.1 火焰形态变化特性 122
9.2.2 火焰前锋传播速度变化规律 123
9.2.3 管道内压力动态变化规律 125
第10章 障碍物孔数对甲烷-空气预混火焰传播影响 126
10.1 双孔障碍物对管道内甲烷-空气预混火焰传播影响 126
10.1.1 火焰形态变化过程的自发光圈像 126
10.1.2 火焰形态变化过程的数值模拟 128
10.1.3 火焰前锋传播速度变化特性 130
10.1.4 管道内超压特性 131
10.1.5 管道内流场分布的数值模拟 133
10.1.6 管道内速度分布的数值模拟 134
10.2 障碍物孔数对火焰传播特性的影响 134
10.2.1 火焰形态发展变化特性 135
10.2.2 火焰前锋位置与火焰速度 135
10.2.3 管道内压力动态变化特性 137
10.2.4 火焰传播和湍流的相互作用 138
参考文献 139
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