20升球中生物质粉尘爆炸的计算评估
流体动力学
2022-07-28 v1 计算工程、金融与科学
化学物理
摘要
确定生物质的爆炸严重度参数对于生物质加工行业的安全管理与粉尘爆炸风险评估至关重要。这些参数通常依据国际标准在20升球中通过实验测试来确定。近来,CFD模拟已成为一种可靠的替代方案,能够以良好的精度预测爆炸行为,并减少人力与资本投入。本工作中,利用开源CFD代码OpenFOAM对生物质粉尘爆炸进行数值模拟。多相(气-固)流动在欧拉-拉格朗日框架下处理,采用双向耦合机制,并考虑生物质转化反应(水分蒸发、脱挥发分与焦炭氧化)、挥发气体的燃烧以及对流与辐射传热。该模型通过两种生物质样品的压力-时间与浓度相关实验测量值进行验证。结果表明,冷流特征(即湍流水平、实际粉尘浓度、粉尘云空间分布与湍流迁移效应)主导了爆炸过程的进程,并强烈依赖于粒径、粉尘浓度与点火延迟时间效应。这些发现可能与设计更好的粉尘爆炸测试装置以及重新审视该实验操作的指导方针相关。最后,对爆炸压力、生物质转化程度、火焰温度、火焰传播模式以及粉尘团聚效应进行了深入讨论。
引用
@article{arxiv.2207.13149,
title = {Computational Assessment of Biomass Dust Explosions in the 20L Sphere},
author = {A. Islas and A. Rodríguez Fernández and C. Betegón and E. Martínez-Pañeda and A. Pandal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.13149},
year = {2022}
}