受限空间内障碍物参数对甲醇喷雾燃烧特性的多阶段演化机制研究

本文通过耦合RNG k-ε湍流模型与离散相模型(DPM)，系统研究了障碍物长度和阻塞率(BR)对甲醇喷雾燃烧的影响。研究发现火焰结构经历球形→椭球形→不对称双喷流→峰形四阶段演化，最大火焰传播速度与BR呈正相关，而最大超压呈负相关。特别揭示了53.3% BR下并置郁金香火焰的涡流形成机制，为喷雾爆炸安全防护设计提供理论依据。

　　

Highlight
本研究通过构建气液两相燃烧模型，揭示了受限空间内障碍物参数（长度与阻塞率）对甲醇喷雾燃烧特性的调控机制。数值模拟结合RNG k-ε湍流模型与离散相模型(DPM)，验证了模型准确性。火焰结构在障碍物影响下呈现四阶段演化：球形火焰→椭球形火焰→不对称双喷流火焰→峰形火焰。在固定阻塞率下，初始火焰传播速度与最大爆炸压力随障碍物长度增加而降低；而最大火焰传播速度与阻塞率正相关，最大超压则呈负相关。特别在53.3%阻塞率下观察到并置郁金香火焰，其形成主要源于障碍物下游涡流结构的耦合作用。

Conclusions
本文主要结论如下：

1. 通过耦合RNG k-ε湍流燃烧模型与离散相模型，建立了气液两相燃烧模型，成功模拟了受限空间内甲醇喷雾燃烧过程，模型精度经实验验证；
2. 障碍物长度与阻塞率显著影响火焰动力学：火焰传播速度、爆炸压力等参数与障碍物几何特征存在明确关联性；
3. 首次发现53.3%阻塞率下的并置郁金香火焰现象，揭示了障碍物诱导涡流对火焰形态的关键调控作用；
4. 研究结果为甲醇能源系统防爆设计及绿色甲醇技术安全应用提供了重要理论支撑。