细水雾抑制管道瓦斯爆炸的实验研究

在搭建细水雾抑制管道瓦斯爆炸的小尺寸实验平台和阐明瓦斯爆炸传播机理的基础上,研究细水雾抑制管道瓦斯爆炸的有效性,并对其进行定性、定量分析。研究发现：在水雾足量的情况下,细水雾能有效抑制管道瓦斯爆炸的传播速度、降低火焰温度,并能改变火焰图像特性;瓦斯浓度较高或雾通量不足时,细水雾将通过助燃促进瓦斯爆炸的产生。     

超细水雾抑制瓦斯爆炸的可行性研究

利用超细水雾冷却效率高,吸热效果好的特点,对“瓦斯—空气”混合气体在不同量超细水雾氛围内的爆炸过程进行了初步的实验研究。实验发现在超细水雾氛围内,瓦斯爆炸的火焰传播速率明显降低,起爆阶段的火焰传播加速度也有较大幅度的降低,火焰在实验管道内的传播时间显著延长,并且发生了火焰驻停现象,但爆炸感应期变化不大。这表明超细水雾较高的吸热效率有效地消耗了瓦斯爆炸燃烧生成的一部分热量,削弱了火焰传播的能量。如果在超细水雾中再加入某些能够起到化学抑制作用的添加剂,形成含添加剂的超细水雾,就能更为有效地抑制瓦斯爆炸火焰的传播。     

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。     

φ700 mm管道细水雾抑制瓦斯爆炸试验研究

为了预防瓦斯在输送和排放管道中的爆炸,在φ700 mm管道进行了细水雾抑制瓦斯爆炸试验。结果表明:在一定水流量和水雾带长度条件下,细水雾能够抑制管道内瓦斯爆炸,抑制瓦斯爆炸距离最短为41.5 m、最长为63.7 m;抑制瓦斯爆炸的最佳喷嘴水流量为5.03 L/min,水雾带长度为33 m;抑制瓦斯爆炸水流量越大,抑制瓦斯爆炸后爆炸压力最大值越小,但喷嘴水流量达到6.19 L/min后,水流量的增加对抑制瓦斯爆炸后爆炸压力最大值影响不明显;细水雾抑制瓦斯爆炸系统安装于管道10~50 m时抑制瓦斯爆炸比较理想。     

细水雾影响瓦斯爆炸浓度下限的实验研究

采用自制瓦斯爆炸实验系统进行实验,将相同实验条件下没有施加细水雾时测定的爆炸下限值作为参照值进行比较,通过改变瓦斯爆炸实验管道中细水雾的密度和粒径来研究不同物理状态的细水雾对瓦斯爆炸下限的影响。实验表明:在施加细水雾的条件下,瓦斯爆炸浓度下限值有明显的升高,且在细水雾密度较大和平均粒径较小时瓦斯爆炸浓度下限升高值较大。最后在实验结论的基础上提出了细水雾技术在矿井瓦斯防治方面应用前景。     

含添加剂细水雾降低瓦斯爆炸下限的实验研究

采用自制的瓦斯爆炸实验系统进行实验,将同一实验条件下施加纯细水雾时测定的爆炸下限值作为参照值进行比较,通过改变细水雾中添加剂的种类和浓度,研究细水雾中的添加剂对瓦斯爆炸下限的影响。实验表明:在细水雾中加入添加剂后,瓦斯爆炸浓度下限值有不同程度的升高;对于同一种添加剂,随着其浓度的增加,瓦斯爆炸下限先呈升高的趋势,而后趋近于稳定。该实验研究为采用细水雾技术防治矿井瓦斯提供了理论基础,具有一定的指导作用。     

超细水雾-多孔材料协同抑制瓦斯爆炸实验研究

为探究超细水雾与多孔介质在协同作用下对多孔介质淬熄效果以及多孔介质上游爆炸超压的影响,自行设计并搭建了尺寸为80 mm×80 mm×1 000 mm透明有机玻璃瓦斯爆炸管道实验平台,研究超细水雾质量分数、多孔材料孔径及孔隙率对9. 5%甲烷压的协同抑制效果。实验结果表明,改变超细水雾质量分数、多孔材料孔径以及孔隙率,在多孔材料上游,最大火焰传播速度和最大爆炸超压有着显著变化,随着超细水雾质量分数增加,火焰锋面传播速度峰值和爆炸超压逐渐减小,爆炸超压峰值出现时间随之缩短,而随着孔径的减小,火焰锋面传播速度也逐渐减小,压力衰减率明显增加。同时,超细水雾和多孔材料的组合方式对瓦斯爆炸具有耦合抑制作用,管道内通入超细水雾可吸收反应区大量热能,降低反应速率与火焰传播速度,此外多孔材料的存在吸收了部分前驱冲击波,破坏正反馈机制,因此两者协同抑制优于单一抑制效果。放置在管道中的多孔材料使得传播火焰淬熄,且添加的超细水雾降低了多孔材料上游的超压,但是一旦多孔介质淬熄失败,火焰湍流加剧,可能会导致更为严重的事故发生。此外,与9. 5%甲空气预混气相比,孔隙率为87%,孔隙密度为20 PPI和超细水雾质量浓度为1 453. 1 g s,下降比例达到44. 23%,且多孔材料上游的最大爆炸超压为6. 13 kPa,降低了40. 62%,抑制效果最明显。     

水抑制瓦斯爆炸的机理研究

分析水参与瓦斯爆炸的化学反应动力学机理，并通过爆炸反应平衡计算，说明在瓦斯爆炸链反应过程中，主要是水作为第三体或惰性液滴破坏其中的链载体。从而降低瓦斯爆炸反应能力，瓦斯空气混合物水含量增大，瓦斯爆炸能力下降，强度降低，爆炸极限浓度范围缩小。这些结论与实验结果一致。     

水抑制瓦斯爆炸的实验综述

介绍了水抑制瓦斯爆炸的机理,水雾蒸发火焰面的影响,以及部分应用水雾对瓦斯爆炸效果影响的实验。     

水系抑制剂控制瓦斯爆炸的实验研究

运用高速摄影仪在小型爆炸实验台上分别对CH₄体积百分浓度约为9.5％的甲烷和空气的混合气在超细清水雾以及超细NaHCO₃,NaCl,KCl水雾气氛中的爆炸过程进行了实验研究.实验发现:在超细水雾气氛下,瓦斯的爆炸感应期明显延长,火焰在实验管道中传播的平均速率和最大速率显著降低,并出现了火焰驻停现象.实验表明：含有NaHCO₃,NaCl,KCl的超细水雾对瓦斯爆炸的控制效果要优于超细清水雾的控爆效果,其中又以KCl超细水雾为最佳.     

二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸的实验研究

为了研究受限空间内二氧化碳-超细水雾对甲烷爆炸的影响,通过自行设计的120mm×120mm×840mm半封闭透明的甲烷爆炸实验台,开展不同气雾比二氧化碳-超细水雾对化学当量比甲烷-空气预混气体的抑爆研究。实验结果表明：二氧化碳和超细水雾结合的抑爆效果要优于单独使用任何一种抑制剂效果之和;CO2体积分数一定的情况下,甲烷气体的爆炸压力、压升速率和爆炸火焰的传播速度均随着超细水雾体积量的增加而明显减小。当单独加入体积分数为2%CO2和1.4mL超细水雾时,两种工况下压力峰值下降之和为72.3mbar;而在两者共同作用下,9.5%甲烷爆炸的超压峰值下降了92.95mbar,说明二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸时具有协同效应。     

超细水雾雾化方式对甲烷爆炸过程影响的实验研究

通过可视化实验对超细水雾作用下的爆炸过程进行研究,采用两种雾化方式产生超细水雾并借助PDPA实现确定水雾参数下的爆炸影响研究,发现超细水雾将导致爆炸产生增强与抑制两种相反的作用结果;超细水雾通过影响火焰阵面结构间接影响爆炸强度,而超细水雾对火焰阵面的影响程度与水雾参数(水雾粒径、速度和水雾浓度)有关;受超细水雾作用后的火焰分为4种结构,为有效实现爆炸抑制,应使其为小尺度湍流火焰,实现良好的热量交换且不引起明显的火焰面结构变化。同时,压力上升与火焰传播是相对应的,爆炸压力、压力上升速率曲线双峰值和火焰传播速度受水雾参数的影响显著。     

矿井瓦斯爆炸感应期内光学特征实验研究

依据瓦斯爆炸理论和光学技术研究现状,论证了瓦斯爆炸感应期内光学特征研究的可行性,并设计了相应的瓦斯爆炸实验系统.通过实验,分析了瓦斯爆炸传播过程可见光特征和瓦斯爆炸可见光前沿传播规律.研究结果表明：在爆炸管道中瓦斯爆炸可见光前沿位移和传播速度变化过程随时间呈明显阶段性;瓦斯反应过程与时间呈非线性关系,先燃烧后爆炸,瓦斯爆炸在感应期内存在光学现象.     

瓦斯浓度对瓦斯爆炸感应期内可见光特征影响的实验研究

通过小尺度瓦斯爆炸实验管道系统模拟瓦斯爆炸，利用高速摄影机捕捉瓦斯爆炸早期可见光特征，以及Matlab分析实验数据，初步得出不同瓦斯浓度下爆炸感应期内可见光分布规律和光亮度最值特征参数，并详细分析了瓦斯浓度对特征参数的影响。结果表明：瓦斯爆炸感应期内光亮度最大值、光亮度平均值、光亮度变化率最值均随浓度的增大而增大。这主要是由于不同浓度瓦斯燃烧充分程度和放出能量不同，瓦斯燃烧越充分，发出的可见光亮度值越小；瓦斯燃烧放出的能量越大，发出的可见光亮度值越大。瓦斯浓度对爆炸感应期内燃烧光亮度阈值的影响不大；大致相等的燃烧光亮度阈值为判断瓦斯开始燃烧提供更为简单的判据。     

水雾粒径对超细水雾抑制甲烷/空气爆炸过程的影响

建立了超细水雾作用下甲烷-空气爆炸过程的三维数值模型,采用大涡模拟模型计算爆炸流场瞬态流动过程;考虑了水雾的蒸发、汽化过程以及气液两相间的质量、动量和热量交换,通过欧拉-拉格朗日模型分别对连续相与离散相进行计算,交替求解离散相与连续相的控制方程实现气液两相间的耦合求解;分析了水雾粒径对爆炸火焰反应区作用程度以及热量交换速率的影响;获得了最佳抑爆粒径并解释了粒径导致抑爆效果差异的原因;水雾粒径通过与火焰反应区的作用程度和蒸发速率影响气液两相间的热量交换速率,进而影响火焰传播速率和爆炸强度;为实现爆炸强度的有效抑制,水雾粒径选取的条件应保证水雾在反应区完全汽化。     

矿井瓦斯爆炸传播的试验研究

通过用实验方法，在断面积7.2m^2的方形断面巷道中进行了瓦斯爆炸的传播特性研究。研究结果表明，瓦斯爆炸火焰区长度大于瓦斯积聚区长度，两者之比为1:(3～6)，瓦斯爆炸传播路线上各点压力上升到最大值需要一个延迟时间。研究结果对瓦斯爆炸事故勘察和阻隔爆技术措施设计有一定的参考价值。     

细水雾在瓦斯输送管道中的沉降规律

为研究不同喷雾压力、不同气流速下水雾在管道内的沉降特性,搭建了管道喷雾实验台,采用粒子图像速度仪（PIV）对方形管道内的水雾运动特性进行了测量,分析了喷雾压力和气流速度对水雾沉降特性的影响规律。结果表明：当气流速度一定,喷雾压力从0.1 MPa增加到1.3 MPa时,水雾在喷嘴下游管长为1 m管道内的沉降量增加了96%,沉降的主要原因是碰壁沉降,而在1 m之后的管段内水雾沉降量减少了76%,沉降的主要原因是惯性沉降;当喷雾压力一定,气流速度从1.1 m/s增加到10.4 m/s时,水雾在管长为1 m管道内的沉降量降低了24%,在1 m之后的管道内沉降量减少了17%。