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．     

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．     

壁面粗糙度对瓦斯爆炸火焰波传播的影响

在实验研究的基础上，分析了壁面粗糙度对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的重要影响．研究结果表明，壁面粗糙度对瓦斯爆炸过程的影响很大，相比光滑管道，粗糙管的火焰速度大幅度提高；对于管道终端闭口系统和开口系统的瓦斯爆炸过程，壁面粗糙度对两种系统的影响规律是一致的，影响程度比较接近．基于壁面粗糙度对瓦斯爆炸影响的实验结论，从理论上分析了壁面粗糙度对高速传播的火焰区的影响，并对实验现象做出了合理解释．因此，在矿井开拓中，应尽可能减小巷道壁面的粗糙度．研究结果对指导现场如何防治瓦斯爆炸，减轻瓦斯爆炸的威力具有重要作用．     

不同间距障碍物下瓦斯爆炸特性的实验研究

利用自建的模拟煤矿巷道的水平管道式气体爆炸实验系统,在置障条件下对瓦斯爆炸特性进行实验研究,改变内置障碍物的间距,研究其对瓦斯爆炸压力及火焰传播速度的影响规律.结果表明:瓦斯爆炸压力随着障碍物间距的增加呈现缓慢递增的变化规律;而火焰传播速度也随着障碍物间距的增加而递增.总体来说,障碍物间距的改变对爆炸压力的影响程度比其对火焰传播速度的影响要小一些.     

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。     

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.     

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。     

A numerical simulation of the influence initial temperature has on the propagation characteristics of,and safe distance from,a gas explosion

A model roadway with a cross-sectional area of 80 mm × 80 mm and a length of 100 m was used to estimate the overpressure, the temperature, the density, and the combustion rate during an explosion. AutoReaGas software was used for the calculations and the initial temperatures were 248, 268, 308, or 328 K. The methane–air mixture had a fuel concentration of 9.5% and the tunnel had a filling ratio of 10%. The results show that the safe distance necessary to avoid harm from the shock wave increases with increasing initial temperature. The distance where the peak overpressure begins to rise, and where the maximum value occurs, increases as the initial temperature increases. These are almost linear functions of the initial temperature. At locations before shock wave attenuation has occurred increasing the initial temperature linearly increases the maximum temperature at each point following along the tunnel. At the same time, the peak overpressure, the maximum density, and the maximum combustion rate decrease linearly. However, after the shock wave has attenuated the attenuation extent of the peak overpressure decreases with an increase in initial temperature. The influence of the initial temperature on the explosion propagation depends on the combined effects of inhibiting and enhancing factors. The research results can provide a theoretical guidance for gas explosion disaster relief and treatment in underground coal mines.     

煤矿巷道瓦斯爆轰理论分析和参数计算

应用Ｃ－Ｊ爆轰理论和质量、动量、能量守恒原理,针对煤矿巷道瓦斯变绝热指娄建立了雨贡纽方程和瑞利方程,在此基石上分析了煤矿巷道瓦斯爆炸的条件和可能过程,建立了煤矿巷道瓦斯Ｃ－Ｊ爆轰参数计算公式,提出了激波点燃瓦斯混合气的条件的最小理论马赫数Ｍｍｉｎ的表达式。计算了煤矿恭和种瓦斯浓度情况下爆压、爆温、煤速等爆轰参数玫相应的点燃瓦斯混合气的量小理论马赫九Ｍｍｉｎ。     

矿井沼气爆炸安全距离的探讨

本文论述了井下发生沼气爆炸时空气冲击波的发生发展过程,以及空气冲击波沿井巷传播的衰减规律。并通过瓦斯爆炸试验和回归分析,得出了井下一定量的沼气在无煤尘参与的条件下发生爆炸时的安全距离。这一安全距离可供修订《煤矿救护规程》和处理事故时参考。     

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.     

激波诱导瓦斯气体爆燃的三维数值模拟

基于激波诱导瓦斯爆炸的19步化学反应模型，建立了三维非定常守恒方程，采用迎风的TVD格式对方程进行数值离散，数值模拟了氢氧燃烧驱动点燃甲烷和空气混合气体的爆炸过程，根据爆炸产物以及流场中压力和温度变化的结果，说明了激波诱导瓦斯爆炸的物理机制，同时验证了程序在模拟化学反应起主导作用的瓦斯预混爆炸现象中的可靠性和精确性，为研究煤矿瓦斯爆炸过程的特性，制定有效的防爆、抑爆技术措施提供了技术和理论支持。     

Destruction mechanism of gas explosion to ventilation facilities and automatic recovery technology

In order to overcome the heavy casualties caused by gas explosion, we verified the propagation law of shock wave in pipeline and the overpressure distribution of gas explosion by similar experiments according to the analyses of reasons for casualty and ventilation system model destroyed by gas explosion in the mining face. We summarized the gas composition after the explosion and its danger, analyzed the effects of the gas explosion shock wave to ventilation system and facilities and the laws of toxic gas spread and diffusion in the ventilation network after the explosion. We presented a technical proposal to control the smoke and recover the ventilation system after a gas explosion and developed a reserve air door and control system that were embed in the lane, and could close automatically in conditions of no pressure and electricity. The results showed that the reserve air door normally opened and could close automatically controlling the smoke flow and resuming the ventilation system when the gas explosion shock wave destroyed the original shutting air door which resulted in the air short circuit.     

粉煤灰高性能混凝土在公路隧道二次衬砌中的应用

通过室内试验,结合青海公路湟源至倒淌河一级公路隧道二次衬砌的施工,采用三掺技术的粉煤灰高性能混凝土,克服了隧道常见的渗、漏水病害,取得了明显的经济效益和社会效益。     

带活门轴对称变截面管道中强激波的传播特性

研究了核爆炸环境下带活门轴对称变截面管道中非理想气体激波的传播特性,并讨论了在其传播过程中电离和离解效应的影响．通过利用TVD格式和时变非均匀网格对模型进行的数值模拟表明,在理想模型中波前压强的变化不会对无量纲结果产生影响,但在非理想模型中却会导致无量纲结果的较大变化,而且入射激波的波峰越陡,到出口处波峰被抹平的幅度越大,活门的消波效果理想．通过对一维和二维计算结果的比较指出了一维计算的缺陷所在,而数值计算和近似估算结果的比较验证了近似估算公式的正确性．     

大风速下火源横向位置对缓坡隧道烟气特性的影响

隧道火灾中,火源位置往往是不固定的。对于具有一定坡度的隧道,由于其特殊的建筑结构,一旦发生火灾,造成的危害相比其他类型的火灾要大得多。本文基于FDS软件对缓坡隧道进行了模拟分析计算,研究火源横向位置对隧道顶棚烟气分布、人体平均身高1.6 m处烟气速度流场矢量分布和顶棚烟气沿程温降分布规律的影响,并且与水平隧道的数值模拟结果对比分析。结果显示:隧道内顶棚烟气随火源与隧道壁距离的减小,由V型对称运动转为不对称的S型运动,火源一侧的流场趋势由正S型变为反S型,缓坡隧道较为明显,顶棚烟气温度沿出风口均是呈指数型减小,温降系数随火源与隧道壁距离的减小而增大,顶棚低温区逐渐向隧道壁靠近且范围逐渐增大,水平隧道的低温区范围比缓坡隧道要大。