将该浓度下的模拟结果与实验值在沿管道不同测点处进行对比，如图4所示。

 

从图5中不难看出压力波的模拟结果与实验结果存在一定差异。模拟值在10m至50m范围以及55m至65m范围内要明显大于实验值，可能与模拟时壁面条件的设定有关，数值模拟中壁面设定为光滑，而实际管道的壁面粗糙，因此天然气燃爆传播过程中损耗了部分能量，使得压力值有所降低。而在出口附近模拟值逐渐降低，这与实验值逐渐升高的趋势正好相反，这是由于实验中在出口处进行了封膜处理，这就对出口附近的压力波造成扰动，使得压力值升高，而模拟中出口处没有做任何处理，因此泄压后压力值是降低的。若从曲线的变化趋势来看，管道天然气燃爆时压力波最大压力值都是在爆源点附近先降低，然后上升到某一峰值再逐渐衰减。

表2为浓度9.5％的管道天然气燃爆数值模拟结果得出的火焰在各测点呈现时间，并与实验得出的火焰呈现时间进行比较。

 

测点位置／m4.913.321.730.138.54 6.9 55.363.772.1

模拟火焰呈现时间／ms1321852272 5 0281316357389425

实验火焰呈现时间／msl281742102 2 7 2532823 1 7344367

 

从图6中可以看出模拟时和实验时测点距离和火焰呈现时间的关系是一致的，都是随着距离的加大，火焰呈现时间单调递增，但是值得注意的是模拟的各测点火焰呈现时间要比实验时火焰呈现时间长，这可能与管壁的粗糙程度有关系。

利用公式(4-1)

V=L／(T2-T1)  　　(4-1)

式中L—相邻两个火焰传感器之间的距离；

T1—火焰前锋到达第一个传感器的时刻；

T2—火焰前锋到达第二个传感器的时刻。

计算结果绘制成图7，用来表示管道天然气燃爆时火焰速度沿管道的变化情况。

 

由图7可以看出，由于点火位置不是在封闭端IX中央而是在管壁靠近封闭端1.3m处，造成了火焰传播至端口后形成了反射火焰，所以刚开始火焰传播速度有所减小，随着传播距离的加长，曲线趋于平缓，火焰传播速度有所增大，达到一定的峰值后火焰传播速度有所减少，靠近端口处，实验值又有所上升，而模拟值反而有所降低。这可能是由于实验时有封膜处理加上管壁的粗糙以及测试处的极度凹凸造成了对火焰的扰动，而模拟时假设管壁光滑而且无封膜处理，所以导致了火焰速度整体实验值大于模拟值；至于出口处模拟值下降而实验值上升是由于模拟无封膜处理所致。因此整体来说，火焰速度模拟结果和实验时是基本吻合的。

用Fluent模拟出了随着管道内天然气的逐渐消耗，其对应的反应速率、火焰阵面以及压力波阵面的变化趋势，这是实验时无法观测到的，如图8所示：

 

在模拟管道内随机截取了天然气燃爆过程中5个不同时刻下各参数的云图，时间分别为263ms、305ms、342ms、361ms、402ms，由图8可以看出，在某个时刻，当管道内燃烧的天然气消耗量达到某位置时，相对应的天然气燃烧反应速率和火焰波阵面也到达同一位置，然而与此同时压力波阵面却是超前此位置的。这正好从模拟的角度合理解释了管道天然气燃爆时传播中的两波三区结构，即火焰波阵面和压力波阵面形成了三个区域，分别为天然气&空气混合气体的初始状态、前驱冲击波通过后的状态、爆燃波阵面通过后的状态，且压力波阵面超前火焰波阵面。

天然气易燃易爆的特性决定了天然气安全运行管理具有广泛性、复杂性、系统性和必然性，因此，城镇燃气经营企业具有基础性、服务性、公共安全性的特征。党中央、国务院高度重视安全生产工作，提出了科学发展安全发展的理念。城镇燃气经营企业的安全运行管理工作不仅仅局限在企业内部，而是面向全社会，关系到社会稳定和市民的生命财产安全。随着天然气市场的开拓和广泛利用，庞大的管网系统和多样化的用气环境给安全管理工作提出了更高的要求。笔者采用FLUENT软件模拟出了管道天然气燃爆的全过程，并结合模拟参数下的实验数据对比分析了天然气燃爆时压力和火焰的传播规律以及实验无法观测到的一些物理化学变化规律，为预防和减少天然气燃爆事故提供了理论依据，希望对天然气行业安全技术研究具有一定的借鉴性意义。

 

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