密闭管道内瓦斯爆炸火焰传播行为可视化研究

运用管道爆炸传播实验系统,配合高速摄像机及纹影仪系统,对密闭管道内瓦斯爆炸过程中的火焰传播行为进行了实验研究。通过研究得出了瓦斯爆炸点火起爆阶段、爆炸初期阶段、爆炸充分发展阶段爆炸火焰的结构特征和传播行为变化规律,研究为有效预防和控制瓦斯爆炸事故提供了重要的理论依据。     

喷射超细ABC粉体对瓦斯爆炸的抑制与增强作用

通过触发抑爆装置气体发生器产生高压运载气体(氮气),驱动超细ABC粉体快速喷射的方式,在100 L爆炸容器内开展了甲烷/空气混合物爆炸抑制研究,旨在揭示抑爆介质喷射量、抑爆装置触发时间等关键参数对瓦斯爆炸抑制效果的影响。结果表明:在抑爆介质喷射总量40 g条件下,甲烷/空气混合物点燃后50 ms时间段内触发抑爆装置,超细ABC云幕均能将爆炸火焰轮廓完全覆盖,甲烷/空气混合物爆炸火焰传播得以完全抑制,当抑爆装置触发时刻超过55 ms时,仅使爆炸发展过程推迟,并不能降低爆炸强度。抑爆装置触发时间维持55 ms不变,只有将抑爆介质喷射量增加到60 g时,才能将爆炸火焰传播熄灭。研究还发现,在抑爆装置触发时间一定时,抑制爆炸所需的超细ABC粉体存在较为确定的临界量,当抑爆介质喷射量低于临界值时,在抑爆介质喷射的初始阶段,爆炸火焰传播有所衰减,但随后火焰传播更加迅速,整体上对爆炸火焰传播起到促进和强化作用;而当抑爆介质喷射量高于临界值时,过量喷射抑爆介质对爆炸抑制效果也起不到进一步改善作用。作为驱动超细ABC粉体的必要动力源,氮气喷射过程对爆炸的强化作用十分显著,通过合适的超细ABC粉体冗余量充...     

管道内瓦斯爆炸传播试验研究

为了研发低浓度瓦斯抽放系统的安全设备,分别在DN500 mm和DN700 mm的试验管道内进行了瓦斯爆炸传播试验.通过动态信号综合测试系统采集了爆炸火焰和压力波的试验数据.试验结果表明:管道内瓦斯爆炸压力波峰值与传播距离呈二次函数关系,爆炸火焰到达时间与传播距离呈对数函数关系,且火焰传播速度随传播距离的增长而增大,管道直径对爆炸的传播有明显影响.     

瓦斯爆炸火焰传播的研究进展

瓦斯爆炸是煤矿最为严重的灾害事故之一,为了有效的预防瓦斯爆炸事故的发生,有必要对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律进行研究。对瓦斯爆炸火焰传播规律及其影响因素的研究现状和存在的问题进行了分析,概括出目前瓦斯爆炸火焰传播规律及其影响因素的研究成果,并对瓦斯爆炸火焰传播的研究发展方向进行展望,旨在为我国煤矿瓦斯爆炸事故的防治提供决策和依据。     

不同角度管道瓦斯爆炸火焰传播规律试验研究

为了得到复杂巷道中瓦斯爆炸火焰的传播规律,利用实验室管道模拟矿井下不同角度的巷道,通过不同条件下的瓦斯爆炸试验,利用数据自动采集设备记录不同角度管道中火焰的传播情况,得出瓦斯爆炸火焰传播与管道弯曲角度的关系,为矿井瓦斯爆炸事故的救援及调查、减少事故发生和损失提供参考。     

不同点火能量作用下管道内瓦斯爆炸火焰传播特征

瓦斯爆炸的一个关键因素是点火能量,因此,构建了不同点火能量的瓦斯爆炸实验系统,采用高速摄影仪等设备对瓦斯爆炸进行了可视化研究,为瓦斯爆炸提供了新的可靠实验平台。并针对2种大跨度能量作用下瓦斯爆炸火焰特征与火焰传播速度进行了系统分析,得出了不同点火能量作用下瓦斯爆炸火焰传播规律。     

矿井瓦斯爆炸火焰传播试验研究

通过数值模拟与实际试验,研究了瓦斯爆炸火焰在管道内传播的结构变化特性及其相应的传播规律.研究结果表明:数值模拟结果与试验结果走向基本一致,火焰传播速度随着距离爆源距离的增大,呈现出先增大后减小的规律.     

磁场对瓦斯爆炸过程中火焰传播的作用

在实验的基础上研究了磁场对瓦斯爆炸火焰传播速度的影响，研究结果表明：磁场对瓦斯爆炸火焰传播速度影响非常明显，在磁场中瓦斯爆炸火焰传播速度比光滑管道有大幅提高，而且随着磁场强度的增加，影响程度增强。     

磁场对瓦斯爆炸过程中火焰传播和爆炸波的影响

在实验的基础上研究了磁场对瓦斯爆炸过程中火焰传播和爆炸波的影响。研究结果表明，磁场对瓦斯爆炸过程影响非常明显，加磁场后瓦斯爆炸火焰传播速度辛口爆炸渡超压均比光滑管道有大幅提高，而且随着磁场强度的增加，影响程度加强。基于磁场对瓦斯爆炸传播特性的实验结论，从理论上分析了磁场对瓦斯爆炸的影响，并对实验现象做出了合理的解释。     

管道内瓦斯非均匀预混火焰传播特性实验研究

在实际矿井下,瓦斯泄漏后往往在巷道密闭空间内形成分层的、含体积分数梯度的甲烷-空气混合物。目前,国内外研究大多集中在均匀预混瓦斯爆炸火焰传播特性方面。为探究非均匀预混瓦斯爆炸火焰传播特性,通过自主搭建的小尺寸爆炸实验平台,对比研究了管道内甲烷不同自由扩散时间下,甲烷沿管道体积分数梯度分布及非均匀预混甲烷/空气爆炸火焰传播特性。实验通过浓度传感器、高速摄像机、压力传感器获取不同工况下非均匀甲烷爆炸过程中的甲烷体积分数分布、火焰传播结构、甲烷爆炸超压等数据,并进一步分析得出火焰传播速度、爆炸压升曲线等。结果表明:甲烷在管道内泄漏后,受浮力作用沿管道顶部横向传播,同时受体积分数差向底部纵向扩散,形成横向及纵向的体积分数梯度场,且自由扩散时间越短,体积分数梯度越大。体积分数梯度场对管道内非均匀甲烷爆炸火焰传播结构与爆炸超压有显著影响。甲烷体积分数梯度场下形成的非均匀预混火焰在管道内传播经历球形、指形、三重火焰、拉伸三重火焰4个阶段。当甲烷沿管道形成纵向体积分数梯度时,管道内出现三重火焰,且体积分数梯度越大,三重火焰结构愈发明显,三重火焰形态出现后,火焰传播速度、爆炸超压迅速下降,管道内甲烷纵向...     

核-壳型KHCO_3/赤泥复合粉体的甲烷抑爆特性

为了获取新型经济、环保、高效的粉体抑爆材料,以制铝工业废料赤泥为原料加以改性作为载体,采用反溶剂-溶析法制备出具有核-壳结构的KHCO_3/赤泥复合粉体。通过20 L球形抑爆实验系统,测试新型复合粉体对甲烷爆炸压力参数的影响,并与单一赤泥粉体和KHCO_3粉体的抑制效果对比。结果表明:核-壳型KHCO_3/赤泥复合粉体具有更好的抑爆效果。其中,负载含量为30%的KHCO_3/赤泥复合粉体使9.5%的甲烷-空气预混气体的爆炸最大压力降低37.5%,最大升压速率降低93.2%,爆炸延迟时间大幅度延长。并对核-壳型KHCO_3/赤泥复合粉体的抑爆机理进行了讨论分析。     

超细水雾增强与抑制甲烷/空气爆炸的机理分析

通过数值模拟方法对密闭容器内部超细水雾与甲烷/空气爆炸火焰的相互作用机理进行研究。采用大涡模型和部分预混燃烧模型分别对爆炸火焰流场和甲烷/空气燃烧过程进行计算;利用欧拉-拉格朗日方法对连续相和离散相方程进行耦合求解,实现气液两相间的质量、动量和能量的传递。通过实验验证了模型的准确性,并详细分析了水雾导致爆炸增强与抑制的机理。结果表明:水雾吸收的汽化潜热大于显热,且两者均远大于液滴的动量吸收作用;水雾吸热和汽化膨胀两种效应的共同作用导致增强和抑制爆炸两种相反的结果,液滴粒径、速度和水雾质量浓度将影响火焰面的温度、导温系数、脉动速度和湍流尺度,进而影响火焰传播速度和容器内部的热增速率。     

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。     

角联管网瓦斯爆炸超压演化及火焰传播特性研究

为了探索瓦斯在煤矿井下复杂巷网内爆炸后的超压演化规律及火焰传播特性,在实验室自行搭建了瓦斯爆炸试验系统,对甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸爆燃波传播规律进行了试验研究,并对瓦斯爆炸超压及火焰传播过程进行了数值模拟。试验与数值模拟结果表明:管网角联分支中,甲烷-空气预混气体爆炸后由于爆炸压力波的叠加,形成超压增高区域,但产生的火焰波很微弱,温度较低。并联分支中,随着爆燃波传播距离的增加,超压峰值和焰面传播速度呈逐渐减小的趋势,而火焰持续时间呈先增加、再减小的趋势。试验中火焰的最大传播距离为18.75 m,而数值模拟的传播距离为21.25 m,但试验值和模拟值的变化趋势一致。研究结论可对煤矿井下复杂巷道内瓦斯爆炸灾害的防控及救灾提供理论支持。     

障碍物对瓦斯爆炸火焰结构及火焰传播影响的研究

通过高速摄影与纹影方法从细观角度研究了网状障碍物对管道内瓦斯爆炸火焰细微结构的影响，以及火焰加速机理，并进行了数值模拟。实验与理论分析表明，障碍物的存在引起火焰前锋褶皱度增大，提高了火焰前方未燃气体以及火焰内部流场的湍流强度，促进了火焰加速。     

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。     

The experimental of methane-air flame propagation in the tube with quadrate cross section

The flame propagation of methane-air mixture with various methane concentrations was experimentally investigated at venting flame acceleration tube with quadrate cross section under different obstacles presented. The flame shape and propagation speed was observed by high-speed color video camera. The explosion pressure was determined by piezoelectricity pressure transducers. The results are： The flame propagates in the shape of a hemisphere before the flame reaches the first baffle and flame propagation speed is not more than 15 m/s. When the flame propagates across the baffle, the flame begins to accelerate due to turbulence induced by obstacle. Blockage ratio has relatively greater effect on the flame propagation speed than repeated baffle number does. The flame propagation speed and the pressure at different location along the tube are maximum when methane-air mixture is near the chemical stoichoimetric ratio. The pressure increases with the distance from ignition end at first and the maximum pressure was obtained at the middle of tube, but the pressure decreases and again increases at venting end.     

Adsorption of phenol from water by ultrafine coal powders

Seven Shenfu coal powders different in particle size obtained by sieving and ball milling were used to probe their adsorption properties to phenol from water. The results show that the kinetics of phenol on coal powders follow the second-order adsorption kinetic model well. Adsorption processes are governed by film diffusion and the kinetic parameters and the effective diffusion coefficients were calculated through plotting. Adsorption capacities to phenol increase exponentially with decreasing of diameter of coal powders. The phenol adsorption equilibrium for coal powder with d50 of 9.30 μm can be described in terms of Freundlich isotherm, while for ultrafine coal powders with d50 of 4.28 and 4.82 μm fit Langmuir isotherm well.     

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。     

Numerical simulation of excess-enthalpy combustion flame propagation of coal mine methane in ceramic foam

Based on the assumption of a local non-equilibrium of heat transfer between a solid matrix and gas,a mathematic model of coal mine methane combustion in a porous medium was established,as well the solid-gas boundary conditions.We simulated numerically the flame propagation characteristics.The results show that the flame velocity in ceramic foam is higher than that of free laminar flows;the maximum flame velocity depends on the combined effects of a radiation extinction coefficient and convection heat transf...