密闭管内甲烷—煤粉复合爆炸实验研究

在竖直长管内进行弱点火条件下甲烷—煤粉复合爆炸实验,研究了甲烷煤粉配比浓度、煤粉粒径、点火延迟时间等初始状态参数对复合爆炸特性的影响。结果表明:火焰传播越快,压力上升越显著,最大压力上升速率出现在爆炸初期,当火焰传播至管末端后,压力达到最大值;低浓度甲烷添加煤粉后,爆炸压力显著增大;煤粉粒径越小,复合爆炸压力越大,压力上升速率越大;最大爆炸压力和最大压力上升速率随着煤粉浓度增大和点火延迟时间增加先上升后下降,存在峰值点。     

甲烷-煤尘复合爆炸威力实验

建立了由压力变送器、数据采集卡、计算机和电极点火装置组成的密闭空间甲烷-煤尘复合爆炸实验系统,动态响应时间小于1 ms,测试精度为0.5级.对甲烷－煤尘复合爆炸威力进行了系统的实验研究.结果表明:密闭空间内甲烷－煤尘复合爆炸的最危险爆炸条件为甲烷浓度5%,煤尘浓度500 g/m³,煤尘粒径26 μm,点火延迟时间40 ms;最大爆炸压力与甲烷浓度、煤尘浓度和点火延迟时间呈二次函数关系;最大爆炸压力随着煤尘粒径的增大而减小.甲烷的存在使得纯煤尘在空气中的爆炸下限降低,而爆炸压力增大;同样,煤尘的存在使得甲烷的爆炸下限降低,而爆炸压力升高.     

细水雾抑制瓦斯爆炸的实验研究

对内径68 mm,长1 200 mm的密闭管内甲烷爆炸的细水雾抑制效果进行了实验研究,分析了不同喷雾量对瓦斯爆炸最大爆炸压力及最大压力上升速率的影响。实验结果表明,喷雾量较小时,瓦斯爆炸的最大爆炸压力及最大压力上升速率都出现增大,达到压力峰值的时间缩短。随着喷雾量的增加,最大爆炸压力及最大压力上升速率会随着下降,达压力峰值的时间延长。这表明细水雾的喷雾量较大时,对瓦斯爆炸的抑制作用比较明显。     

管道内不同浓度甲烷爆炸传播特性的实验研究

在水平管道式气体爆炸装置中,选取5种不同浓度的甲烷进行爆炸实验,研究在甲烷爆炸传播过程中,最大爆炸压力、压力上升速率及压力峰值时间随甲烷浓度及传播距离的变化规律。研究结果表明:甲烷浓度对最大爆炸压力、压力上升速率和压力峰值时间的影响显著:甲烷浓度越接近化学当量浓度,最大爆炸压力和压力上升速率越大,压力峰值时间越短。随着传播距离的增大,最大爆炸压力和压力上升速率先增大再减小,压力峰值时间则依次延长。甲烷浓度偏离化学当量浓度越多,压力峰值时间成倍延长。     

点火延迟时间对甲烷煤尘爆炸特性的影响

为研究不同湍流环境下,煤尘对甲烷爆炸特性的影响,基于20 L爆炸球采用0、25、50、100、200 g/m^3的煤尘分别与6.5%、9.5%、12%的甲烷在点火延迟时间60 ms和120 ms的条件下进行混合爆炸实验。结果表明:点火延迟时间的增大对单相甲烷爆炸最大爆炸压力影响较小,显著降低最大压力上升速率;有煤尘参与时,3种甲烷浓度下,点火延迟时间的提高能够降低最大爆炸压力和最大压力上升速率,当甲烷浓度为9.5%时,2种点火延迟时间下,对应的最佳煤尘浓度不同,点火延迟时间越小,最佳煤尘浓度越小,甲烷浓度为12%时,点火延迟时间为60 ms时,最大爆炸压力和最大压力上升速率对高浓度煤尘比较敏感,火延迟时间为120 ms时,最大爆炸压力和最大压力上升速率对低浓度煤尘较为敏感。     

七氟丙烷抑制甲烷空气预混气体爆炸的实验研究

为寻找既环保又能抑制瓦斯爆炸的气体抑爆介质,解决瓦斯输送过程中的爆炸安全问题,分析了七氟丙烷作为抑爆介质的抑爆机理,并采用20 L爆炸特性测试系统,研究了不同体积分数的七氟丙烷对甲烷体积分数为9.5%的甲烷空气预混气体最大爆炸压力、最大压力上升速率和峰值压力的影响。研究发现:在实验条件下,点火延迟时间为60 ms时,七氟丙烷抑制甲烷空气预混气体爆炸的最低体积分数为17.4%;七氟丙烷体积分数为5%~17%时,随着其体积分数的增大,最大爆炸压力逐渐升高,最大压力上升速率增大,对甲烷空气预混气体爆炸有促进作用。研究表明,七氟丙烷可作为新型环保气体抑爆介质抑制瓦斯爆炸,但在使用过程中应根据使用场所合理确定七氟丙烷的用量。     

多元惰气对瓦斯爆炸特性影响的实验研究

通过实验研究了N2、CO2及CO2/N2(1∶2、1∶1、2∶1)的混合多元惰性气体对瓦斯最大爆炸压力及爆炸极限的影响。结果表明:甲烷的爆炸极限为5%~14%,当甲烷浓度为10%时,产生的最大爆炸压力最大,为0.278 4 MPa。惰性气体的加入使瓦斯的最大爆炸压力降低,爆炸极限范围缩小,且对瓦斯爆炸上限的影响要大于对爆炸下限的影响,对高浓度瓦斯体系的影响要大于对低浓度瓦斯体系的影响。加入N2、CO2/N2(1∶2、1∶1、2∶1)的混合气体和CO2时,对瓦斯爆炸的完全抑爆浓度分别为32%、25%和22%,抑爆效果由大到小依次是CO2,2∶1、1∶1、1∶2 CO2/N2的混合气体和N2。     

矿井可燃性气体爆炸特性研究

利用20 L近球形容器,对不同浓度甲烷-空气混合气体的爆炸过程进行了实验,得出了单组分纯甲烷气体、双组分混合气体、四组分混合气体的爆炸极限、爆炸压力、爆炸压力上升速率的变化规律。     

受限空间可燃性气体爆炸特性的对比

以可燃性气体CH₄为研究对象,在实验室对比研究了容器因素、初始湍流对CH₄爆炸极限的影响,气体浓度及湍流对CH₄爆炸特性的影响.实验结果表明：CH₄爆炸极限与诸多因素有关,随容器扩展性的增大,爆炸极限会增宽;初始湍流亦使CH₄爆炸极限增宽;CH₄爆炸的最佳浓度为11%,在此浓度下CH₄爆炸的最大爆炸压力、最大压力上升速率达最大值,到达最大爆炸压力的时间达最小值;在同一浓度下,CH₄预混湍流爆炸比静止无湍流爆炸时的最大爆炸压力、最大压力上升速率大,到达最大爆炸压力的时间短.     

变温下多元可燃气体对甲烷爆炸特性的影响数值模拟

为有效地预防及控制矿井下煤自燃过程中产生的常见可燃气体对甲烷爆炸所造成的后果,利用FLACS软件模拟研究了5种初始温度(25、60、100、140、180℃)下C2H4、C2H6、H2和CO这4种气体按不同比例混合后对甲烷最大爆炸压力和最大爆炸温度的影响。研究表明:在定容常压下,随初始温度的增加,与任意多元气体混合后的甲烷,其最大爆炸温度呈上升趋势,最大爆炸压力则呈下降的趋势。随4种可燃气体的混合体积分数从0.4%增加到2.0%,甲烷最大爆炸温度和最大爆炸压力上升且初始温度较低时升幅更大。     

含弱约束结构受限空间甲烷爆炸及传播特征实验研究

为研究含弱约束受限空间内甲烷爆炸压力升高及沿扩散管的传播特征,对不同体积分数甲烷的爆炸特征参数进行了系列实验。获得了含弱约束结构受限空间在不同浓度甲烷爆炸时的压力升高规律,研究表明,含弱约束受限空间内的甲烷爆炸压力升高趋势类似封闭空间,但压力峰值远小于封闭空间,封闭空间最大压力是含弱约束结构空间的3.2倍。由于若约束结构的存在,甲烷体积分数较低时破膜压力较大,腔体内高压持续时间较短,而接近爆炸当量浓度时腔体内高压持续时间增长。扩散管中的爆炸压力和火焰传播规律随甲烷体积分数变化呈现明显不同。在实验条件下,当甲烷体积分数低于7.0%时,破膜激波与火焰锋面时间差最大为5.255 ms,扩散管中的火焰主要为膨胀火焰。而甲烷体积分数高于7.4%时,破膜激波与火焰锋面时间差为28~40 ms,说明在管外发生了二次爆炸,以湍流火焰为主。爆炸压力的沿管道传播则分为3种情况,甲烷体积分数低于7.0%时,爆炸压力随传播距离增大而减小;甲烷体积分数为7.4%和11.0%时,爆炸压力随传播距离增大呈线性增大;甲烷浓度为当量浓度时,其压力传播特征类似于全管道甲烷爆炸的特征,随传播距离呈现锯齿形增大。实验结论对天然气长输管道、LNG和CNG储罐检修过程中的爆炸事故预防和含弱约束结构的其他气体泄爆具有参考意义。     

矿井特殊气体对瓦斯爆炸特性的影响

瓦斯爆炸是煤矿重大灾害之一。矿井火区中微量气体成分对瓦斯爆炸极限及其它爆炸参数有显著影响,利用自行研制的配气系统和20 L球形爆炸系统,选用3种特殊气体成分作为代表气体,通过实验进行了对比研究。实验结果表明,氢气、异丁烷、正己烷都会对瓦斯爆炸特性产生较大影响,其中正己烷对甲烷爆炸下限影响较大,氢气对甲烷爆炸上限影响较小,最大爆炸压力指数影响的顺序为氢气>正己烷>异丁烷。     

点火能量对瓦斯爆炸压力影响的实验研究

点火源的性质对瓦斯爆炸极限范围有很大影响,同样也影响最终的爆炸压力及压力上升速率。运用自行研制的实验系统,就点火能量对瓦斯爆炸压力及压力上升速率的影响进行了实验。研究结果表明,点火能量强度越高,越容易产生大量的自由基,爆炸反应进行得越快,越容易使瓦斯空气混合气体点爆,瓦斯爆炸的最大爆炸压力及最大压力上升速率也就越高,且与点火能量呈线性关系变化。这些规律为瓦斯爆炸特性的研究以及有效地预防井下瓦斯爆炸事故奠定了理论基础。     

掘进工作面不同瓦斯源爆炸过程的数值模拟

为研究独头巷道中不同瓦斯源对其爆炸过程的影响,运用数值仿真技术系统模拟不同瓦斯积聚长度及浓度对其爆炸特性的影响。结果表明:随着瓦斯积聚长度的增大,最大爆炸压力和最高爆炸温度均增大;最强压力波破坏的区段由巷道封闭端向开放端转移。瓦斯浓度在6%~10%范围内,最大爆炸压力随浓度的增大而增大;浓度超过10%后,最大爆炸压力随浓度的增大而减小;最高爆炸温度则一直随浓度在增大;反向稀疏波与正向冲击波多次相遇叠加而出现多个压力峰值。     

卤代烷气体灭火剂促进-抑制瓦斯燃爆特性试验

瓦斯爆炸是严重威胁煤矿安全生产的主要灾害之一,开发高效的瓦斯抑爆技术可有效提升瓦斯爆炸事故防控水平,而其重点在于抑爆材料的作用性能。为系统研究典型卤代烷气体灭火剂对瓦斯爆炸的作用效果,采用试验测试和理论分析相结合的方法,系统研究了七氟丙烷(C₃HF₇)、六氟丙烷(C₃H₂F₆)和三氟甲烷(CHF₃)等典型卤代烷气体对甲烷燃爆特性的影响,分别利用20 L球形爆炸装置和自研本生灯层流火焰传播速度系统测试了卤代烷对甲烷爆炸压力参数和层流燃烧速度的作用效果。得到了爆炸压力峰值、最大升压速率、层流燃烧速度等特征参数变化规律和层流火焰形貌演化特性。结果表明：富氧工况下卤代烷随添加体积分数的增大而对甲烷燃爆过程表现出明显的促进-抑制双重作用。在化学当量条件下,仅C₃HF₇对甲烷爆炸压力峰值、最大升压速率有先促进后抑制的作用,CHF₃和C₃H₂F₆     

20L爆炸容器内甲烷爆炸特性参数分布规律模拟研究

运用FLUENT流体模拟软件,对常温常压条件下20 L爆炸容器内甲烷爆炸各特性参数的分布规律进行了数值模拟研究,得出爆炸压力、火焰温度、燃烧速度、密度等爆炸特性参数及流场状态的发展变化规律。研究认为,爆炸罐内部各点压力分布基本相同,爆炸反应持续时间约为130 ms,火焰温度约为2 500 K;距离点火点越远,密度变化范围越大;火焰速度在距离点火点0.04 m左右达到最大值2.87 m/s,二次加速出现在距离点火点约0.14 m的位置。研究结果为认清甲烷爆炸机理及有效预防瓦斯爆炸事故提供了重要的理论依据。     

不同变质程度煤尘爆炸特性对比分析

采用20L球形爆炸装置研究了煤尘浓度、点火能量、煤尘粒径对不同变质程度煤尘爆炸特性的影响,分析了不同变质程度煤尘在相同条件下的爆炸特性差异性。结果表明:浓度为100g/m3时不同变质程度煤尘最大爆炸压力相差较大,700g/m3时差异不大,最佳煤尘浓度下爆炸最大压力与变质程度呈负相关。低变质程度煤尘爆炸最大压力随点火能量增大而增大,高变质程度煤尘爆炸最大压力受低点火能量影响显著,当点火能量增大至8kJ后影响作用减弱。高变质程度煤尘的燃烧持续时间受点火能量影响作用明显,低变质程度煤尘的燃烧持续时间受粒径影响作用明显。     

不同煤种对瓦斯煤尘爆炸影响的实验研究

为了进一步探究不同煤种参与的瓦斯煤尘爆炸的传播规律,选取3种具有代表性的煤尘在自制的半封闭管道内进行试验,主要研究了瓦斯煤尘爆炸火焰传播速度、火焰面发光强度和最大爆炸压力。研究结果表明:瓦斯煤尘爆炸的最大爆炸压力和火焰传播速度皆随着煤尘浓度的增加呈先上升后下降的趋势;存在着一个最佳的瓦斯浓度和煤尘浓度,使火焰传播速度达到最大,发光强度也达到最大;火焰传播速度、最大爆炸压力和爆炸产生的发光强度都是按褐煤、烟煤、无烟煤依次降低。     

受限空间N_2对CH_4最大爆炸压力的影响实验与模拟研究

为了研究N_2对CH_4最大爆炸压力的影响,选取单组分N_2,根据CH_4燃烧化学动力学原理,利用20 L球形定容弹实验研究了N_2对一定浓度的CH_4最大爆炸压力的影响;应用CHEMKIN模拟软件,选取相同的工况条件,对混合气体爆炸进行了数值模拟,并将实验数据与数值模拟数据进行对比。研究结果表明:在邻近CH_4爆炸界限浓度时,随着CH_4浓度的升高,起爆时间也随之增加;在CH_4爆炸上限浓度附近,最大爆炸压力随CH_4浓度升高而降低,在CH_4爆炸下限浓度附近,最大爆炸压力随CH_4浓度升高而升高;最大爆炸压力实验数据与数值模拟数据的变化趋势相似,但数值上偏差较大,并对产生偏差的原因进行了分析。     

填充比对隔爆腔内瓦斯爆炸的影响

隔爆外壳隔爆腔内的不同填充比在爆炸时产生的最大爆炸压力及最大爆炸压力速率是不同的,为了研究隔爆腔内不同填充比条件下瓦斯爆炸的变化特征,使用隔爆腔尺寸为750mm×750 mm×600 mm的隔爆外壳为试验容器,在腔体2个壁面分别布置有5个压力传感器,分别进行0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%填充比条件下的试验,得到了隔爆腔内爆炸压力、压力上升速率等特征参数。试验结果表明：在隔爆腔中,空腔状态下的爆炸压力峰值最大,最大值出现在距点火位置最远的PRU压力测点处;随着填充比的增大,最大爆炸压力上升速率也会随之增大。