管道内可燃气体爆燃火焰传播及其噪声振动耦合特性研究

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近些年可燃气体爆燃事故频发,给国民经济带来巨大损失。为了预防可燃气体爆燃事故,编制突发事故应急预案,及时有效处置可燃气体爆燃事故,对爆燃火焰传播特性参数与噪声、振动破坏耦合效应的研究显得迫在眉睫。  本文主要对甲烷-空气预混气体在方形有机玻璃管道内爆燃反应的火焰特性参数与噪声、振动参数进行对比研究。主要做了以下方面的工作:  (1)本文首次探讨了管道内甲烷-空气预混气体爆燃火焰特性参数与噪声、振动的耦合关系,它们的参数变化存在高度一致性。当火焰传播速度快时,管壁压力大,噪声和振动幅度也大;当火焰传播速度减小时,管壁压力也减小,噪声振动幅度也减小。并且发现它们都存在三个区域:成长区(约10ms),剧烈反应区(约15ms),衰弱区(约40ms)。  (2)吸音棉使得噪音的瞬间峰值降低了15-18dB,有很明显的降噪效果,无吸音棉实验组噪声明显要大于有吸音棉实验组。  (3)无吸音棉时的振动速度峰值是有吸音棉时振动速度峰值的7倍左右,说明吸音棉带来的振动减速效果非常明显。两者的主振频率分别是23.19Hz、25.64Hz,两者相差不大,说明有机玻璃管道的振动频率近似为固有低频频率。  (4)无吸音棉时的振动是瞬时能量高强度的集中释放,而有吸音棉的情况,能量是缓慢分布式的释放,可以起到缓冲减震的效果。  (5)噪声原始信号的Hilbert谱,从颜色标尺看,能量从上到下递减。爆燃发生前环境中有高能量噪音传入传感器,在爆燃发生后高能量噪声部分频率主要分布在500Hz以下;对边际谱分析,也得到了管中的甲烷预混火焰频率是低频的。  (6)对噪声、振动信号进行了HHT分析,得出管内甲烷预混火焰无论是噪声还是振动频率都是低频的,但噪声的频率带更宽,而振动频率小到只有30Hz左右,振动的幅值更大携带的能量更多。  本文运用HHT方法对甲烷爆燃火焰进行分析具有创新性,可以加深我们对火焰能量释放中噪声、振动的传播特性的认识。
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