论文总字数：19780字

摘 要

氢作为一种可再生、资源广泛、燃烧产物友好、能源利用效率高的替代能源载体，越来越受到世界各国的重视。T形管是一种典型的管道结构，广泛应用于火电、化工等行业的管道系统中进行流体连接、导流和收敛。本文针对扩散点火理论的T形管道内高压氢气泄漏自燃研究进展进行总结,阐述了自燃的假设机理，介绍了冲击自燃的主要影响因素。介绍了相关实验研究的发展过程，以及该领域主要研究成果由定性研究向定量研究的提升作用,对泄放压力等主要因素的研究内容进行详细的对比分析。最后探讨目前存在的潜在问题并未来的发展趋势。

关键词：T形管；高压氢气；泄漏；氢气自燃

Experimental study on high pressure hydrogen leakage and spontaneous combustion in T-shaped Tube

Abstract

As a renewable energy carrier with a wide range of resources, environmentally friendly combustion products, and high energy efficiency, hydrogen has attracted more and more attention from countries around the world.T-shaped is a typical pipe structure, which is widely used in thermal power, chemical industry and other industries for fluid connection, diversion and convergence.Based on diffusion ignition theory, the research progress of high pressure hydrogen leakage and self ignition in T-shaped pipeline is summarized, the postulate mechanisms of spontaneous ignition were explained and the main influencing factors of spontaneous ignition induced by shock were introduced.This paper introduces the development process of the relevant experimental research, and the promotion of the main research results in this field from qualitative research to quantitative research, and makes a detailed comparative analysis of the research contents of the main factors such as relief pressure.Finally, the potential problems and the future development trend are discussed.

KeyWords:T-shaped pipeline;High pressure hydrogen;Leak;hydrogen self-ignition

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题的研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3本文研究的目的与内容 6

第二章 实验台及实验流程 8

第三章 T形结构分叉点与爆破片距离对自燃的影响规律 11

3.1 冲击波在不同的几何管道中流动 11

3.2管内自燃 13

第四章 氢气由管内自燃过渡到管外形成喷射火的过程 17

4.1 从自燃过渡到喷射火焰 17

4.2 外焰的燃烧特性 18

4.3管道外喷射火焰的传播 21

第五章 总结 24

5.1 结论 24

5.2 实验中的问题及展望 24

参考文献 26

致谢 29

第一章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

众所周知，氢气不光是众多无污染能源之一，而且也是非常重要的化学工业原料[1,2]。在大规模使用化石燃料的情况下，我国能源和生态危机加剧，更加严重的是我国的石油自给率一年低于一年。到2018年为止，我国的石油自给率不到百分之30。这就是为什么我们要努力开发一种清洁高效的替代能源。氢气作为一种高效无污染能源，因为它的燃烧过后只产生水，高热量，且对环境零污染，被我国视为未来的新型能源。但是，因为氢气相比于空气有着非常低的密度并且扩散迅速。它极低的点火能(0.0179mJ)和较宽的燃烧范围4%-75%（体积比）使它会变得更加危险。所以当我们使用氢气的某一环节出现差错进而导致氢气泄漏，这时非常容易发生氢气的燃爆事故。正是由于氢气的这些危险特性，导致了氢气的存放和使用不能批量进行。

目前我们通过调研可得知制取氢气的五种主要方法：

表1制取氢气的五种主要方法

T形管是众多管道系统中一种非常常规的结构形式，在电厂、化工场等场地被广泛应用，它的主要作用是对性质不同的流体进行混合。如图1-1所示，在T形管中用于对不同温度的流体进行混合时，由于温差的存在会在管内产生剧烈的温度波动，从而引起壁面的破裂和穿透导致氢气泄漏事件发生[3]。

图1-1 T形三通管内流体的掺混

T形管高压氢气泄漏自燃的安全问题是包括我国在内很多国家在氢能发展和使用过程中面临并急需解决的重大问题。

所以，随着氢能源的广泛应用，急需我们对T形管道内还未被完全研究的高压氢气泄漏自燃这一种特别的现象进行深入探讨，并且总结出可行的防治和使用方法，从而使我们的氢能经济能够良好的发展下去。目前我们由Sarkar和Banerjee[4]的研究可知，高压储氢是目前最佳的选择。所以我们迫切需要攻克如何安全可靠地储存和使用高压氢气这一难题，确保我们能够安全有效的使用氢能源。

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