城市地下排水管道中燃气爆炸及气-液两相耦合作用规律

为研究城市地下排水管道中燃气爆炸传播特性和气-液两相耦合作用规律，基于气-液两相流理论和计算流体力学方法，对不同水深率下的天然气/空气混合物的爆炸-加速-衰减过程进行了数值模拟。研究结果表明：当水深率小于0.7时，随着水深率的增加，气相空间的长径比增大，燃料燃烧加剧，火焰的加速现象逐渐显著，导致峰值超压逐渐增大，超压峰值显现时间逐渐缩短，且峰值超压沿轴向的提升效果更加显著；当水深率达到0.7时，火焰在管道内的传播明显受阻，水震荡产生的波动及细水柱迅速占据了有限的气相空间，阻断了火焰的自维持传播，使得爆炸超压仅在点火源附近显现。不同水深率条件下，管道中相同区域内，同一时刻水面被扬起的高度和气相区域的速度场不同，被卷扬起的低温液体对其相邻区域的高温火焰形成降温和阻断，之后由于气体的宏观流动，与液面相邻的低温气体流动至管道内高温区域，进而造成管道内火焰温度降低，同时，水的震荡和细水柱的飞扬大大降低了爆炸超压风险。