温度与CO气体耦合作用对瓦斯爆炸界限影响实验

针对煤矿火区封闭过程中常发生的瓦斯爆炸问题,运用20 L爆炸装置,实验研究了不同环境温度(25～200℃)和CO浓度(1%～10%,体积分数)条件下瓦斯的爆炸极限和最大爆炸压力。结果表明:单因素可燃性气体CO体积分数升高,瓦斯爆炸上限、下限均下降,爆炸极限范围变宽;温度升高,爆炸上限升高,下限下降;常压条件下,随着温度升高,爆炸上限与初始温度呈二次函数关系变化,爆炸下限与初始温度呈对数关系变化;瓦斯爆炸上限与下限爆炸压力随着初始温度升高均降低,随着CO体积分数升高均升高。多因素高温与CO气体耦合作用下,瓦斯爆炸上限升高,下限下降,瓦斯爆炸危险性增加;初始温度和CO气体对爆炸极限的耦合影响比单一因素的影响大,对爆炸上限的影响更为显著。     

喷粉压力及点火延迟时间对粉尘爆炸参数的影响

为进一步研究影响粉尘爆炸特性参数的因素,在5L柱形密闭爆炸容器中,以食用玉米淀粉为试样,利用高压放电火花点火,并通过压力采集系统记录容器内压力的变化,研究了不同吹粉压力下,点火延迟时间对粉尘爆炸压力参数的影响,并对实验现象进行了理论分析。实验结果表明:点火延迟时间对粉尘爆炸压力和压力上升速率影响显著;吹粉压力存在一个临界值,当吹粉压力大于临界值时,存在一个最佳点火延迟时间,使得爆炸压力峰值和压力上升速率峰值最大,且随着吹粉压力的增大,粉尘爆炸的最佳点火延迟时间缩短;当吹粉压力小于临界值时,点火延迟时间越长,粉尘爆炸压力越小。     

不同环境温度下工艺参数对扩散吸收式制冷机的性能影响

外界环境温度对扩散吸收制冷循环有重要影响,以四台相同结构的扩散吸收式制冷机为基础,用实验的手段研究了不同环境温度下,氨水溶液灌装浓度、充注压力、输入功率等工艺参数对扩散吸收式制冷机性能的影响。得出了实验样机在各工况下的最优工艺参数;研究发现随环境温度的升高,样机的最佳灌装浓度下降,而最佳输入功率和最适宜充注压力升高。可为扩散吸收式制冷机根据环境温度选择各工艺参数提供一定的依据。     

20L球型罐内不同粒径铝粉扩散的数值模拟

20L球型爆炸罐是用于测试粉尘爆炸特性参数的标准装置之一。粉尘颗粒在密闭空间内的运动规律,对于研究粉尘的最佳点火延迟时间段有重要的作用。基于计算流体力学理论,对20L球型罐内的吹粉过程进行了数值模拟,监测了不同粒径的铝粉颗粒在20L球型罐内的分散情况,对比了不同铝粉颗粒粒径在罐内的沉降时间。结果表明:粉尘沉降的时间段随粉尘粒径的增大而减小,颗粒大小超过一定尺寸时,铝粉将不能在密闭空间内均匀扩散。     

二甲醚、甲烷及二甲醚/甲烷混合物的爆炸极限实验研究

本文对二甲醚、甲烷及不同体积比例下二甲醚和甲烷混合物,在室温至80℃温度区间、绝对压力区间0.1～0.3MPa的爆炸极限进行了实验研究.并通过实验数据分析了温度、压力对可燃性气体爆炸极限的影响,同时通过实验测量数据验证了几种常用爆炸极限推算方法的准确性.     

水中金属丝爆引燃铝粉悬浮液冲击波增强效应

开展了水中铜丝电爆炸引燃铝粉悬浮液的实验研究,将铝粉悬浮液置于有机玻璃管中,同轴心方向穿过200 μm的金属铜丝,经脉冲功率驱动后快速相变发生电爆炸为铝粉爆燃提供反应条件。通过比对不同质量球状铝粉（μm粒径）的悬浮液在相同脉冲电容器储能条件下的放电和冲击波参数,获得了电爆炸驱动铝粉放电特性和冲击波增强效应的规律。实验发现,电爆炸起爆铝粉的冲击波有两个明显的波峰,分别对应于金属丝电爆炸（一次冲击波）和由产物气体胀裂管壁产生的二次冲击波,且铝粉爆燃对二次冲击波的增强效应非常显著,在300 mg铝粉的悬浮液环境中,二次冲击波峰值达到2.77 MPa,是无铝粉添加环境中二次冲击波的2.25倍,冲击波冲量增强了约50%。对不同储能条件下200 mg铝粉的悬浮液环境中金属丝爆的冲击波进行了对比研究,发现随着驱动源储能的增加,电爆炸引发的主冲击波和二次冲击波压力均逐渐增大,600 J时分别达到了3.17和1.91 MPa,冲击波冲量也随储能增加而增加,在600 J储能条件时的冲量为41.12 Pa·s,储能条件约300 J时20.24 Pa·s冲量的2倍。     

环境湿度对瓦斯爆炸特性的影响

为了解煤矿井下气体爆炸作用的规律,实验研究了不同环境湿度条件下的气体爆炸极限和爆炸压力,分析了水蒸气组分对瓦斯爆炸压力的抑制作用。研究结果表明:预混气体由干燥向水蒸气饱和状态转变时,瓦斯爆炸下限上升0.11%,爆炸上限下降0.31%,爆炸极限范围缩小,相应的最大爆炸压力和最大压力上升速率分别由0.802MPa和23.38MPa/s衰减到0.746MPa和18.59MPa/s,预混气体中的水蒸气起到抑制瓦斯爆炸的作用效果。     

带闪发器中间补气的R32空气源热泵系统性能实验研究

针对R32空气源热泵系统存在的冬季制热性能下降、排气温度过高等问题,本文对使用闪发器的中间补气空气源热泵系统性能及影响因素进行了实验研究。结果表明,系统相对补气量、制热量及压缩机耗功均随着相对补气压力的升高而增大,排气温度则随着相对补气压力的升高而降低,而制热COP在环境温度高于-5℃时,随相对补气压力升高而减小,在环境温度低于-5℃时,随中间压力升高而呈先增加后减小趋势,系统最佳相对补气压力约为1.2。与传统空气源热泵系统相比,带闪发器的R32中间补气热泵系统的制热量及压缩机耗功均大于传统系统,排气温度则低于传统系统;当环境温度高于-3℃时,传统热泵系统制热COP高于闪发器中间补气系统,而当环境温度低于-3℃时,闪发器中间补气系统制热COP高于传统热泵系统。     

微米级铝粉的爆炸特性及其反应机理研究

基于标准20 L球形爆炸装置,系统研究了6种不同粒径微米级铝粉的爆炸特性,并结合SEM和XRD对爆炸产物的微结构特征进行了分析。研究结果表明,相同粉尘浓度条件下爆炸超压与颗粒粒径表现为二次函数的关系,而爆炸超压上升速率则随着粒径的减小按指数增加;颗粒的燃烧时间与颗粒的粒径均表现为沿幂函数增加;相同粉尘浓度条件下细颗粒铝粉爆炸过程主要受氧气扩散的控制,而大颗粒铝粉颗粒的爆炸过程则主要受铝粉颗粒的熔融控制。     

低温液体BOG再液化系统压力及蒸发率试验研究

为研究低温液体吸热产生蒸发气(Boil-Off Gas,BOG)的动态过程,寻求合理调控低温液体压力和温度的方法,搭建了一套低温液体BOG再液化试验系统。以液氮为工质对120L高真空变密度多层绝热储罐进行了压力、温度及蒸发率测试试验,分析了以上参数与时间的变化规律,计算了储罐静态蒸发率与漏热量。结果表明:储罐压力随时间增加而逐渐上升,在480min之前压力上升速率较快,为10.9Pa/s,之后上升速率逐渐减小。从液相到气相的温度依次升高,液相内部的温度相差较小,约为1.2℃;随时间的增加,液相和气液分界面的温度逐渐升高,气相的温度逐渐降低,480min后达到相对稳定的状态。初始充装率为0.7时,自然蒸发的BOG流量随时间增加逐渐减小;经计算,储罐静态蒸发率为2.04%/d,漏热量为4.1W。试验结果为后续开展低温液体BOG再液化研究提供了相关依据。     

埋管冷凝CO2制冷系统实验研究

为研究采用地埋管为冷凝器的CO_2制冷系统性能,对系统进行实验研究,监测系统运行时各项参数以及地下土壤温度变化并记录。结果显示:常温带附近测点处(10～80 m)的土壤温度可以长期维持在15℃附近,因此更有利于CO_2的冷凝温度压力处于亚临界状态。浅层土壤温度由于处于变温带附近测点处(2～4 m)容易受到环境温度的影响。但由于土壤自身具有热惰性,使得土壤温度与环境温度存在约15天的延迟;该实验工况下,蒸发温度每升高1℃,压缩机的制冷剂流量和功耗分别上升7.2%和1.5%;蒸发器的制冷剂流量和制冷量分别上升5.5%和5.6%,COP上升1.7%;而压缩机排气温度和压力比分别下降2.7%和2.3%。     

结霜工况下重力供液与直接膨胀供液制冷系统运行特性

以R404A为工质,用热平衡法测试结霜工况下直接膨胀供液制冷系统以及重力供液制冷系统在不同蒸发器供液高度时的系统的运行特性,并进行比较。研究表明:在重力供液制冷系统中,蒸发温度和压力高于直接膨胀供液制冷系统,且受供液高度和环境温度影响;在不同供液高度时,重力供液制冷系统压缩机吸气压力高于直接膨胀供液制冷系统压缩机吸气压力,供液高度的增加,吸气压力升高,压缩机的排气压力的变化趋势与蒸发压力相似;重力供液制冷系统制冷量高于直接膨胀供液制冷系统制冷量,且随蒸发温度升高而增大,但制冷量的增加幅度却有着相反的变化趋势。供液高度为1200mm时,制冷量最大增幅达到35.59%;重力供液制冷系统COP大于直接膨胀供液制冷系统COP,重力供液制冷系统存在最佳供液高度。     

过耦合结构超导铝共面波导谐振器温度特性研究

制备了基于超导铝膜的四分之一波长反射型共面波导谐振器,并利用矢量网络分析仪测量了该谐振器在低温超导状态下的传输特性。实验结果表明:对于拥有较大耦合电容的超导共面波导谐振器,在超导状态下随着环境温度的升高,超导薄膜的表面阻抗会增大,进而谐振器的中心谐振频率降低,谐振峰变宽。温度越高,谐振频率随温度升高而向低频偏移的速率越快。另一方面,随着环境温度升高,谐振器的外部耦合品质因数和负载品质因数也都会降低。温度越高,谐振器品质因数随温度升高而降低的速率越快。用二能级理论解释了实验现象,品质因数理论计算值与实验测量结果相接近。     

快速降压下Tween20 液滴真空闪蒸特性

为探究闪蒸喷雾冷却的微观机理, 设计并搭建了液滴悬挂式真空闪蒸实验装置, 利用可视化窗口探究Tween20 液滴闪蒸过程中的闪蒸特性及气泡生长机理. 液滴在快速降压过程中形态会经历气泡成核、气泡生长、伴随气泡生长、爆裂这四个阶段的变化, 并反复循环这一过程直至液滴稳定蒸发. 对于液滴温度的变化, 闪蒸室的终态压力起到了决定性的作用, 并且其终态温度随压力的升高明显上升. 同时通过液滴闪蒸过程形态图分析发现, 液滴在剧烈爆炸阶段其温度也发生明显下降; 在稳定蒸发阶段, 其温度也将开始稳定不变. 因此可知液滴的剧烈爆炸会带走其自身的大量热量. 而 Tween20 浓度对液滴温度的影响微乎其微, 但其会使液滴内气泡的初始成核时间发生明显滞后, 并抑制液滴内的气泡发生破裂.     

燃烧管内悬浮铝粉燃烧爆炸过程的研究

 铝粉的燃烧与加速机理一直是相关部门研究的热点。为了深入研究其在受限空间内的燃烧与传播特性，基于双流体模型、湍流k-ε模型以及铝粉燃烧等模型，选用SIMPLE格式，对大型卧式燃烧管内铝粉颗粒与空气的两相悬浮流湍流燃烧加速转爆炸现象进行了数值研究，得到了铝粉火焰在管内的燃烧传播过程中管内各相关参数的详细变化情况，并与相关的实验结果吻合。     

汽油/乙醚喷雾宏观蒸发特性实验研究

本文基于纹影光路在定容燃烧弹中开展了汽油/乙醚混合燃料的宏观喷雾蒸发特性实验研究。通过高速摄像机捕获到亚临界工况(0.5 MPa,349～516 K),超临界工况(3.8 MPa,516 K)的蒸发态喷雾发展过程并提取蒸汽相贯穿距,喷雾锥角以及燃油蒸发率等表征参数。亚临界工况下,研究结果显示低环境温度条件下掺混乙醚可以加快燃料的蒸发速率,而高环境温度条件下掺混乙醚对于改善燃料蒸发速率的影响不明显。当燃油喷雾由亚临界工况转入超临界工况时,纯乙醚的蒸汽相燃料生成速率由于燃料蒸发机制发生改变反而得到抑制。     

水合物封闭升温及降压分解气液迁移特性

水合物分解过程产生的气液固迁移特性是影响水合物分解速率的关键要素。基于此,搭建了一套可视化的水合物生长及分解特性研究实验系统,通过该系统对封闭升温及降压分解过程中气液迁移特性进行了研究。实验结果表明,水合物在封闭升温分解过程中的气液迁移主要是通过形成气体通道实现的;同时,水合物分解过程中的气液迁移会造成沉积物的体积膨胀,在封闭升温分解过程中,沉积物体积膨胀率随着分解次数的增加而增加,三次分解膨胀率依次为18. 7%,34. 7%和45. 4%。背压为0. 1 MPa的降压分解中,体积膨胀率为64. 7%,温度迅速下降,并伴随着冰的生成或水合物的再次生成阻碍分解,但是降压依然加速了水合物的分解,使得水合物的总分解速率相对于封闭升温分解提高了20. 5%。实验结果对水合物技术应用具有理论和数据支撑作用。     

铝粉粒径对温压炸药爆炸性能及热安定性的影响

为了研究铝粉粒径对温压炸药在有限空间内爆炸能量输出的影响,在温压炸药中分别添加了粒径为40nm、3μm和35μm的3种铝粉。利用爆炸容器进行内爆炸实验,获得了冲击波压力时程曲线,经计算分析得到1.0、1.2和1.5m处的超压和冲量数值,并采用差示扫描量热仪(DSC)研究这3种粒径铝粉对温压炸药热安定性的影响。实验研究结果表明:铝粉粒径对温压炸药在有限空间的爆炸能量有较大影响,含粒径为3μm的样品2在各距离处的超压较样品1提升了6.0%以上,较样品3提升了10%以上;3组样品的热安定性均随着铝粉粒径的减小而降低,活化能最大降幅达31.1%,升温速率接近零时的峰值温度(Tp0)最大降低了11.7℃。     

固体吸附条件下闪蒸实验特性

基于闪蒸理论,设计了一套吸附作用下真空制冰的实验装置。在不同的闪蒸压力下(270Pa、420Pa、820Pa),对有无吸附作用的真空闪蒸实验特性做了对比;通过改变吸附剂(沸石分子筛)的质量和载冷介质温度,探究最佳吸附条件。实验结果表明:与无吸附作用相比,有吸附剂时,温度和压力升高速度小,冰水混合状态持续时间长,有结晶现象发生时,压力曲线出现上升突变现象及平台区;初始压力越高,压力变化曲线的平台越明显,吸附效果越好;吸附率与吸附剂质量有关;随载冷温度下降,吸附效果下降,载冷温度过低不利于吸附。     

PbSe量子点液芯光纤的温度效应

采用三能级系统的速率方程和功率传输方程并考虑温度对各项参数的影响,求解在不同的光纤长度和量子点掺杂浓度时,3.3nm PbSe量子点液芯光纤的发射光谱随温度的变化。发现当光纤长度不同时,随着温度的升高,光谱的峰值位置以相近的速率发生红移,光谱的峰值强度下降。对于较长的光纤,其光强随温度升高的衰减速率较大。当掺杂浓度不同时,随着温度的升高,光谱的峰值位置以相近的速率发生红移,峰值强度以相近的速率衰减。