將該濃度下的模擬結(jié)果與實驗值在沿管道不同測點處進行對比，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)果與實驗結(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)要明顯大于實驗值，可能與模擬時壁面條件的設(shè)定有關(guān)，數(shù)值模擬中壁面設(shè)定為光滑，而實際管道的壁面粗糙，因此天然氣燃爆傳播過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，這與實驗值逐漸升高的趨勢正好相反，這是由于實驗中在出口處進行了封膜處理，這就對出口附近的壓力波造成擾動，使得壓力值升高，而模擬中出口處沒有做任何處理，因此泄壓后壓力值是降低的。若從曲線的變化趨勢來看，管道天然氣燃爆時壓力波最大壓力值都是在爆源點附近先降低，然后上升到某一峰值再逐漸衰減。

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點呈現(xiàn)時間，并與實驗得出的火焰呈現(xiàn)時間進行比較。

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測點位置／m4.913.321.730.138.54 6.9?55.363.772.1

模擬火焰呈現(xiàn)時間／ms1321852272 5 0281316357389425

實驗火焰呈現(xiàn)時間／msl281742102 2 7?2532823 1 7344367

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從圖6中可以看出模擬時和實驗時測點距離和火焰呈現(xiàn)時間的關(guān)系是一致的，都是隨著距離的加大，火焰呈現(xiàn)時間單調(diào)遞增，但是值得注意的是模擬的各測點火焰呈現(xiàn)時間要比實驗時火焰呈現(xiàn)時間長，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—相鄰兩個火焰?zhèn)鞲衅髦g的距離；

T1—火焰前鋒到達第一個傳感器的時刻；

T2—火焰前鋒到達第二個傳感器的時刻。

計算結(jié)果繪制成圖7，用來表示管道天然氣燃爆時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?，所以剛開始火焰?zhèn)鞑ニ俣扔兴鶞p小，隨著傳播距離的加長，曲線趨于平緩，火焰?zhèn)鞑ニ俣扔兴龃螅_到一定的峰值后火焰?zhèn)鞑ニ俣扔兴鶞p少，靠近端口處，實驗值又有所上升，而模擬值反而有所降低。這可能是由于實驗時有封膜處理加上管壁的粗糙以及測試處的極度凹凸造成了對火焰的擾動，而模擬時假設(shè)管壁光滑而且無封膜處理，所以導(dǎo)致了火焰速度整體實驗值大于模擬值；至于出口處模擬值下降而實驗值上升是由于模擬無封膜處理所致。因此整體來說，火焰速度模擬結(jié)果和實驗時是基本吻合的。

用Fluent模擬出了隨著管道內(nèi)天然氣的逐漸消耗，其對應(yīng)的反應(yīng)速率、火焰陣面以及壓力波陣面的變化趨勢，這是實驗時無法觀測到的，如圖8所示：

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在模擬管道內(nèi)隨機截取了天然氣燃爆過程中5個不同時刻下各參數(shù)的云圖，時間分別為263ms、305ms、342ms、361ms、402ms，由圖8可以看出，在某個時刻，當(dāng)管道內(nèi)燃燒的天然氣消耗量達到某位置時，相對應(yīng)的天然氣燃燒反應(yīng)速率和火焰波陣面也到達同一位置，然而與此同時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)沖擊波通過后的狀態(tài)、爆燃波陣面通過后的狀態(tài)，且壓力波陣面超前火焰波陣面。

天然氣易燃易爆的特性決定了天然氣安全運行管理具有廣泛性、復(fù)雜性、系統(tǒng)性和必然性，因此，城鎮(zhèn)燃氣經(jīng)營企業(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)燃氣經(jīng)營企業(yè)的安全運行管理工作不僅僅局限在企業(yè)內(nèi)部，而是面向全社會，關(guān)系到社會穩(wěn)定和市民的生命財產(chǎn)安全。隨著天然氣市場的開拓和廣泛利用，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程，并結(jié)合模擬參數(shù)下的實驗數(shù)據(jù)對比分析了天然氣燃爆時壓力和火焰的傳播規(guī)律以及實驗無法觀測到的一些物理化學(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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