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.     

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。     

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.     

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     

瓦斯与煤尘混合物爆炸特性数值模拟仿真

运用Fluent对瓦斯煤尘混合物爆炸过程进行了数值模拟,并对爆炸过程中爆炸超压和火焰温度,进行了分析.结果表明:在爆炸初始3ms内的火焰温度上升速率达到了3 000K/ms,火焰最高温度达到了3 400K.瓦斯煤尘混合物爆炸的最大爆炸超压随着煤尘粒径的增大而减小;当瓦斯浓度为5%,煤尘浓度为390g/m3时,瓦斯煤尘混合物爆炸的最大爆炸超压值最高.该模拟仿真系统的仿真结果为预防煤矿瓦斯、瓦斯煤尘爆炸提供数据基础和参考.     

瓦斯煤尘爆炸巷道反射压力研究

为揭示瓦斯和瓦斯煤尘爆炸反射压力沿矿井巷道传播变化的规律,用管道爆炸实验系统模拟测试极弱爆炸和极强爆炸巷道超压与反射压力的定量变化关系.结果表明,瓦斯和瓦斯煤尘与空气混合爆炸,在弱爆炸条件下爆炸的反射压力均是峰值超压的1.8~2.0倍,強爆炸下瓦斯或瓦斯煤尘爆炸的反射压力大约是峰值超压的8~21倍.实验结果与理论计算基本吻合,表明巷道反射压力强度取决于冲击波在巷道空间内的反射过程,巷道内爆炸超压强度随爆炸传播距离的增加而降低,遇固壁则反射压力强度加大,加重了井下设备的破坏和人员伤害程度.     

瓦斯爆炸传播火焰高内聚力特性的试验研究

采用高速摄影法及通过对爆炸反应区内不同部位温度的测量,对瓦斯爆炸传播火焰的特性进行了试验研究。研究发现,瓦斯爆炸产生的向前传播的火焰沿管道横断面分布不均匀,反应区内主要发光体沿管道底部向前传播。该发光体在低温下具有较高的内聚力,高温时容易瓦解。在瓦斯爆炸反应区内,中间产物的成分沿管道横断面分布也不均匀－－管道中、上部是发光较弱的气体产物,放热量较大;而下部是亮度较高的等离子体,放热量较小。当瓦斯爆炸温度达到最大值以后,等离子体的内聚力急剧下降,等离子体爆发,爆炸中间产物在管道横截面内均匀分布。     

荷电细水雾对管道瓦斯爆炸超压的影响规律研究

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸超压的影响规律和机理,采用小尺寸管道模拟瓦斯爆炸,研究不同荷电电压作用下的瓦斯爆炸超压和平均压升速率,以及不同雾通量作用下的瓦斯爆炸超压.结果表明:随着荷电电压的升高,瓦斯爆炸超压和平均压升速率受到明显的抑制;随着雾通量的增加,瓦斯爆炸超压明显降低.在实验条件下,和普通细水雾相比,当雾通量为4L、荷电电压为8kV时,瓦斯爆炸超压峰值降低10.798kPa,降幅达49.78%;平均压升速率峰值降低180.468kPa/s,降幅达49.90%.