置障条件下甲烷爆炸压力测试研究

煤矿巷道中障碍物随处可见,对瓦斯爆炸过程具有重要影响.为降低瓦斯爆炸造成的损害,利用甲烷-空气混合物,在自制的水平管道装置中,通过改变障碍物距点火源的位置、间距和数量,研究瓦斯爆炸压力的变化规律.结果表明:改变障碍物位置和间距,爆炸压力变化很小,说明障碍物的位置和间距对瓦斯爆炸压力无明显影响.随着障碍物数量的增加,爆炸压力也增大,当障碍物数量多于5片后,爆炸压力的变化较小,说明障碍物数量对瓦斯爆炸压力的影响明显,因此应尽量避免在巷道存放障碍物.     

环形障碍物对瓦斯爆炸影响的实验研究

研究障碍物对瓦斯爆炸的影响,对预防和减小煤矿巷道内的瓦斯爆炸危害具有重要意义.利用长径比约为70的水平管道式爆炸实验装置,在常温常压下研究环形障碍物的数量、阻塞率和间距对瓦斯爆炸特性的影响.结果表明:障碍物的存在对瓦斯爆炸具有激励作用,其中障碍物的数量和阻塞率激励效果明显,而间距对其影响较小.研究结果对于预防和控制瓦斯...     

瓦斯爆炸过程中火焰厚度的实验室测定及其分析

实验探讨了瓦斯爆炸过程中火焰厚度变化特性及障碍物、膜片位置和压力等的影响。结果表明,障碍物和膜片对瓦斯爆炸过程中火焰厚度具有重要影响。当有障碍物存在时,瓦斯爆炸过程中产生的火焰厚度常常会小于无障碍物存在时所产生的火焰厚度;膜片距离源较近时,火焰厚度明显增大,火焰厚度越大,在其传播过程中对传播途径上的可燃物的点燃作用越大。研究结果对指导现场防治瓦斯爆炸、减轻瓦斯爆炸灾害具有一定的指导意义。     

交错障碍物对瓦斯爆炸影响的实验研究

为了研究交错障碍物对瓦斯爆炸火焰形状、火焰速度及爆炸压力的影响,设计并搭建了150mm×150mm×500mm半封闭透明腔体的瓦斯爆炸实验台,采用化学当量比浓度的甲烷-空气预混气体,并与平行障碍物工况进行了比较.实验结果表明:与平行障碍物相比,交错障碍物明显增强了火焰形变,提高了火焰速度和爆炸压力,其中火焰速度和爆炸压力的提升率最高分别达到78.0%和198%.因此,在实际巷道中,应尽量避免障碍物的交错放置.     

管道开口阻塞比对瓦斯爆炸火焰传播特征的影响

运用自制瓦斯爆炸实验平台进行了不同开口阻塞比下瓦斯爆炸实验研究.结果表明:开口阻塞比对"郁金香"火焰有重要影响,随着阻塞比的增大,火焰锋面逐渐变得平滑,并由对称向不对称结构转变;"郁金香"火焰出现过程特征时间不受开口阻塞比的影响,但特征时间对应的火焰锋面位置随阻塞比增大而减小;爆炸压力峰值随着阻塞比的增大逐渐增大,对应平均火焰传播速度逐渐降低.     

障碍物位置对瓦斯爆炸火焰传播影响的数值模拟

利用计算流体动力学软件FLUENT研究了受限空间内平行障碍物和交错障碍物对火焰形状的影响.模拟采用500mm×150mm二维矩形空间模型,计算了2个平行障碍物、2个交错障碍物、3个平行障碍物、3个交错障碍物等4种工况下的火焰发展过程.障碍物间距100 mm,阻塞率为0.5.选取k-epsilon Realizable湍流模型,P1辐射模型和涡耗散模型模拟瓦斯爆炸火焰传播.模拟结果表明:受到交错障碍物影响,10ms处已经出现明显的火焰湍流,且交错障碍物具有更大的预热区面积.火焰传播过程与实验相近,模拟结果可靠,为进一步利用数值模拟方法研究瓦斯爆炸相关内容提供了参考.     

煤尘粒径对瓦斯煤尘爆炸的影响研究

煤尘的粒径大小和质量浓度对煤尘的燃烧爆炸存在重要的影响.为研究分析大颗粒煤尘对瓦斯煤尘爆炸产生的影响,在煤尘质量浓度相同的基础上,从参与爆炸的主体煤尘中选取粒径为75μm的大颗粒,分别与粒径为15,25,35μm的小颗粒进行混合爆炸并同时改变大颗粒煤尘的质量百分比,通过有限元软件Fluent,应用连续相、颗粒相计算方法对爆炸过程进行数值模拟,对最大爆炸压力和火焰传播速度进行了分析.结果表明:在大小颗粒混合的复合爆炸中,最大爆炸压力一直处于一个范围之间;总质量一定,最大爆炸压力、火焰传播速度随着大颗粒煤尘质量百分比的增大而呈现下降趋势,并且混合煤尘中小颗粒粒径越小,最大爆炸压力、火焰传播速度越大.     

受限空间瓦斯爆炸火焰与毒气传播研究

为揭示瓦斯爆炸过程中火焰、毒气及压力三者间相互关系,采用一端封闭的爆炸试验装置,通过改变瓦斯聚集长度和点火强度,研究了瓦斯爆轰及爆燃状态下火焰、毒气及压力传播变化规律.结果表明,管道内瓦斯爆燃状态下火焰的传播速度远小于爆轰状态下的传播速度,变化趋势呈线性;瓦斯爆炸火焰传播速度的大小直接影响爆轰的形成以及爆炸强度和爆炸传播距离;爆燃状态下火焰和毒气传播的距离基本相当,均为原始瓦斯聚集总长度的2倍左右;爆轰状态下火焰和毒气传播的距离基本相当,均大于原始瓦斯聚集长度,但传播距离不确定.     

半封闭受限空间煤尘与瓦斯耦合爆炸研究

煤尘参与的瓦斯爆炸事故具有很强的破坏性和伤害性,是煤矿的重大事故之一.用一端开口的半封闭管道爆炸实验装置,通过改变瓦斯与煤尘耦合爆炸浓度及点火条件,揭示受限空间瓦斯与煤尘耦合爆炸的规律.实验结果表明,封闭下的耦合体爆炸火焰传播速度较开口状态达到极值快,但极值点距点火位置较近,开口爆炸火焰传播距离是积聚耦合体长度的2倍左右;瓦斯参与的煤尘爆炸,爆炸相对强度随瓦斯浓度的增加而增加,传播距离更远;理论推导瓦斯与煤尘耦合爆炸超压传播距离与爆炸能量的平方根成正比,与巷道断面积的平方根成反比,研究结果为防治瓦斯爆炸、事故勘验以及阻隔爆装置的研制提供了可靠的实验数据.     

瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的模拟研究

在模拟实验和数值计算的基础上 ,研究了瓦斯爆炸过程中火焰传播规律及其加速机理 .研究结果表明 ,障碍物对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律有重要影响 .障碍物的存在将使瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度迅速提高 .瓦斯爆炸时 ,火焰阵面附近温度较高 ,阵面前附近区域温度梯度变化较大 ,阵面后区域的温度变化较小 .障碍物附近温度很快上升到最大值 ,然后由于化学反应结束及管道壁吸热 ,温度开始下降 .在火焰传播通道上设置的障碍物对气相火焰具有加速作用 ,加速作用的机理主要是由于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈造成的     

瓦斯爆炸火焰的分形特性

通过高速纹影图像从细观角度详细研究了不同传播条件下瓦斯爆炸火焰前锋的细微结构．实验及理论分析表明，瓦斯爆炸火焰有很好的分形特征．瓦斯爆炸火焰分形维数直接反应了火焰前锋皱折对火焰传播的影响．计算出的分形维数是衡量湍流火焰传播速度以及爆炸强度的有效参数．     

障碍物对瓦斯爆炸过程中火焰和爆炸波的影响

对瓦斯爆炸过程中障碍物对火焰和爆炸波的影响进行了试验研究．结果表明,障碍物对瓦斯爆炸过程中产生的火焰和爆炸波具有重要影响．有障碍物存在时,火焰的传播速度将迅速提高,在２０倍长径比处达到最大值,随后逐渐衰减,直至熄灭．原因是障碍物的存在加剧了火焰传播过程中的湍流现象,而湍流又加速了火焰传播．障碍物的存在使爆炸波的传播曲线变化幅度迅速增大,并可能产生突变界面和马赫数Ｍ≥１的情况,即产生激波,从而增大瓦斯爆炸的威力．因此,应尽量减少矿井巷道中的障碍物．     

湍流的诱导及对瓦斯爆炸火焰传播的作用

对巷道面积突变和巷道分叉对瓦斯爆炸过程中火焰传播速度的影响进行了试验研究。并利用加速环研究了巷道支架对瓦斯爆炸传播规律的影响，在此基础上对湍流的形成过程进行了理论分析。研究结果表明，管路分叉，面积突变对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律有重要影响，导致产生附加湍流，使瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度迅速增大；在管道内装加速环，将使瓦斯爆炸过程中湍流度加剧，火焰的传播速度更大，激波生成的位置。最大点位置前移。强度增大，研究结果对指导现场防治瓦斯爆炸和减轻瓦斯爆炸的威力具有重要作用。     

金属网对瓦斯爆炸抑制作用的实验研究

为了研究金属丝网对瓦斯气体爆炸的阻爆效果,设计了管道式瓦斯爆炸阻爆实验装置,对管道内瓦斯气体的爆炸过程进行了实验研究.通过分析瞬时爆炸压力和飞片的变形程度研究了金属丝网对爆炸火焰和爆炸冲击波的抑制作用.实验结果表明,加入金属丝网后,飞片变形程度减弱,最大爆炸压力降低,而且达到最大爆炸压力的时间增加.当金属丝网的质量相同时,体积增大,阻爆效果明显;当金属网的体积相同时,质量增大,阻爆效果明显,说明金属丝网的体积和密度均会影响抑爆效果.实验结果对于进一步研究矿井瓦斯阻爆技术具有一定的意义.     

管道壁面散热对瓦斯爆炸传播特性影响的研究

在实验室对几何尺寸为80 mm×80 mm的爆炸钢质管道进行了研究,通过在内壁加贴绝热材料,采用高精度动态数据采集分析系统,测量爆炸过程中的火焰、爆炸波参数,研究了瓦斯爆炸过程中壁面散热对火焰传播速度、爆炸波超压峰值及爆炸波波速的影响.结果表明:壁面散热条件对瓦斯爆炸传播特性影响非常明显,内贴绝热材料管道的火焰传播速度和爆炸波超压值、波速均比光滑管道有大幅提高,并可诱导激波的产生,其原因是管道内贴绝热材料后,壁面散热大幅减小.减少的热量一部分通过导热、扩散向未燃气体传递,一部分通过膨胀做功使爆炸波强度增大,两者均使火焰传播速度、爆炸波强度增加.从爆炸能量特征及能量守恒的角度进行了理论分析,实验结论与理论分析相吻合.     

瓦斯爆炸火焰和冲击波在并联巷网的传播特征

为了研究瓦斯爆炸在并联巷网内的传播特征,利用并联管道系统模拟爆炸在实际巷道内的传播特征.结果表明:爆源点在掘进头时,并联管道两侧的火焰传播速度Sf和爆炸超压值△Pmax接近,火焰和冲击波叠加后,爆炸强度增加,△Pmax从0.38 MPa突跃到0.46 MPa.爆源点在工作面时,爆炸向邻近掘进头传播时测得的火焰速度和爆炸超压缓慢增大,而向较远的封闭端传播时△Pmax的值一直增大,而火焰传播分3个不同的区段;爆炸向邻近工作面传播时,在汇聚点附近测得的爆炸超压(0.44 MPa)明显高于两侧的超压值(0.39和0.38 MPa),但火焰传播速度会降低.煤矿瓦斯爆炸叠加地点附近是爆炸破坏较严重区域,故是设备和人员防护的重点区域.     

瓦斯爆炸运动火焰生成压力波的数值模拟

从三维N-S方程出发，用TVD格式，对瓦斯爆炸过程中火焰产生压力波的过程进行了数值模拟，在此基础上，模拟了氢氧燃烧驱动的破膜过程以及破膜前后压缩波、稀疏波对火焰阵面的影响，同时，也研究了瓦斯爆炸过程中，压力波、火焰与障碍物的相互作用，数值模拟结果与理论分析吻合较好，从而进一步验证了该程序能处理含有化学反应和复杂管道的预混可燃气体爆炸问题。     

细水雾粒径对管内瓦斯爆炸特性的影响机理研究

为了探讨不同粒径细水雾对管内瓦斯爆炸特性的影响机理,采用试验和数值模拟相结合的方法进行分析.结果表明,5μm粒径的细水雾对瓦斯爆炸具有很好的抑制作用,能够有效降低爆炸时的火焰温度、火焰传播速度和最大超压值,但45μm和160μm粒径的细水雾对管道内瓦斯爆炸却起到一定的促进作用.其原因是:小粒径细水雾在火焰锋面能够完全蒸发,蒸发时产生的吸热阻氧效应使燃烧反应速率降低,从而起到抑制瓦斯爆炸的作用;大粒径水雾在火焰锋面无法完全汽化,在流场中引起湍流增强效应,使爆炸强度增强.研究结果对细水雾抑爆系统的设计具有理论指导作用.     

瓦斯煤尘耦合二次爆炸火焰传播实验

为揭示瓦斯爆炸与沉积煤尘耦合二次爆炸中瓦斯火焰的传播特性,利用瓦斯煤尘管道爆炸实验系统,测试爆炸火焰传播与冲击波诱导沉积煤尘扬起二次爆炸的关系。实验结果表明:瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸的关键在于瓦斯爆炸火焰的传播速度和距离,爆炸冲击波先行激起沉积煤尘,而后与到达的爆炸火焰耦合形成二次爆炸;瓦斯浓度一定时,爆炸火焰传播距离取决于瓦斯聚集长度,一般为原聚集长度的3～5倍,化学当量瓦斯爆炸火焰传播速度最快;一定条件下,浓度不同而化学当量接近9.5%的瓦斯爆炸峰值压力大、火焰传播快,极易诱导煤尘参与二次爆炸。研究结论可为煤矿瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸提供隔爆、抑爆的理论和技术支持。     

障碍物诱导瓦斯爆炸湍流火焰数值模拟

为了研究障碍物诱导湍流火焰特性,基于150 mm×150 mm×500 mm的小尺度爆炸腔体,在三个障碍物交错放置的条件下,采用预混燃烧模型对瓦斯爆炸过程进行大涡模拟。基于模拟结果,分析了瓦斯爆炸过程中火焰结构、未燃气体流动迹线以及火焰与未燃气体漩涡耦合规律。结果发现:小尺度条件下,障碍物诱导火焰形变,增大火焰面积,提高燃烧速率;在障碍物扰动作用下,未燃预混气体在障碍物形成漩涡,且漩涡尺寸及强度逐渐增大;未燃预混气体漩涡将爆炸火焰卷入其中,形成湍流火焰。