瓦斯煤尘爆炸火焰传播机理的实验测试系统研究

为了研究管道瓦斯煤尘爆炸火焰的传播机理,确定表征瓦斯煤尘爆炸的主要物理量的变化特征,本文构建了瓦斯煤尘爆炸的实验测试系统,主要包括管体系统、爆炸压力及火焰数据测量系统、配气系统、激光器触发延时系统、激光纹影系统、真空舱(实验前抽真空)。气路、数据采集电缆和电源线分别通过相互隔离的沟槽,并与充配气系统集成在控制台。实验段和过渡段均设置专用光学窗口,用于流场显示和光谱测量(组分、温度)。实验测试系统还设计了多通道的压力(压电和压阻传感器)和火焰速度测量和数据采集系统。该实验测试系统能够模拟煤矿内复杂燃烧、爆炸及其传播机理,因此,在煤矿瓦斯爆炸事故,研制阻爆和隔爆设备,勘察事故现场,瓦斯爆炸基础研究等方面,有着较为广泛的应用前景。     

瓦斯煤尘爆炸火焰传播机理的光学测量系统研究

为了研究管道瓦斯煤尘爆炸火焰传播的机理,确定表征瓦斯煤尘爆炸的主要物理量的变化特征,本文构建了瓦斯煤尘爆炸的光学实验测试系统。光学窗口采用圆形玻璃窗口,流场显示采用基于激光的纹影系统。在燃烧流场中,为获得清晰纹影照片,通过在光路中插入合适半带宽的滤光片滤除流场自发光。     

细水雾抑制煤尘与瓦斯爆炸实验

搭建小尺寸细水雾实验平台,用相应管道模拟矿井环境.在阐明煤尘与瓦斯爆炸传播机理的基础上,研究细水雾抑制管道混合物爆炸的有效性,并对其做定性定量的分析研究.研究发现:在细水雾作用下,煤尘与瓦斯的火焰传播速度会相应减小、所测火焰温度有所降低.当混合物爆炸的威力较大时,细水雾对其相关参数影响较弱,应适当增加压力,改变细水雾的物理化学抑制作用,增强灭火特性.实验结论:细水雾抑制煤尘与瓦斯爆炸的研究为煤矿抑爆装置的研制和安装提供了技术支撑.     

煤尘爆炸影响因素的数值模拟（英文）

文章建立了煤尘爆炸的数学物理模型和反应模型,通过采用CE/SE方法求解煤尘爆炸的两相流模型方程,数值模拟分析了初始粒径、环境压力和温度对煤尘爆炸的影响。根据压力、温度场的演化和波系图,得到了爆炸的传播规律,给出了爆炸阈值随煤尘粒径、初始压力和温度的变化趋势。另外,考虑到煤尘浓度在空间上的变化,按照一定浓度梯度设置了煤尘的分布,模拟得到了局部点火爆炸后,空间流场中冲击波传播和压力、温度衰减规律。本文研究方法和结果可为相关工程分析提供参考和技术支撑。     

冲击波引起瓦斯爆炸的动力学特性仿真研究

在实验室条件下进行管道内冲击波瓦斯爆炸过程模拟试验,通过模型仿真及分析,研究冲击波引起瓦斯爆炸的动力学特性。结果表明,冲击波速度和压力均经历了一个相似的变化过程,相同的瓦斯浓度范围,燃烧引起爆炸后的有关数据变化较冲击波引起爆炸后的数据变化小;管道长径比的增大,增大了冲击波的传播速度和瓦斯积聚区的压力、速度及温度值,使瓦斯积聚区的反应强度更高,更易于演变成爆炸;初始面上的变化,温度升高与燃烧速率为互长互消的关系,冲击波压力与燃烧速率为激励效应的关系;初始面之后的变化,瓦斯爆炸波传播呈渐强趋势。     

煤尘影响瓦斯爆炸冲击波的实验研究

为了探究煤尘对瓦斯爆炸冲击波的影响,利用瓦斯-煤尘爆炸实验系统,通过甲烷、空气混合爆炸和煤尘、甲烷、空气混合爆炸实验,得出爆炸超压在爆炸管道中冲击波的传播规律。将爆炸规律和煤样的组分数据对比分析,得出煤尘对瓦斯爆炸的冲击波的影响规律。研究发现:有煤尘参与时,气样爆炸超压增大,在管道中都是先增大后减小,煤尘的参与可以改变瓦斯爆炸的上下限。煤样组分对比表明,挥发分大的煤粉更容易产生更大的爆炸超压。     

煤尘爆炸防治措施

通过分析煤尘产生的原因及影响煤尘爆炸的主要因素,提出了防治煤尘爆炸的具体措施。     

超细水雾对甲烷-煤尘爆炸过程抑制机理研究

为了研究超细水雾对甲烷-煤尘混合爆炸过程的作用规律,在20 L长方体爆炸装置中进行了抑爆实验.同时基于甲烷气体、雾滴颗粒、煤尘颗粒在受限空间内的蒸发、脱挥发、燃烧过程,建立了超细水雾抑制甲烷-煤尘混合爆炸的数学模型.同实验进行对比可知,数值模拟得到的爆炸压力可准确反映实际爆炸过程.结果表明,超细水雾的加入改变了爆炸的传播规律.与无抑制的甲烷-煤尘混合爆炸相比,加入超细水雾降低了已燃区的气相温度及煤尘颗粒温度,并推迟了火焰阵面沿轴向的传播过程.煤尘颗粒温度分布表明,超细水雾在推迟煤尘颗粒升温过程的同时,反应区煤尘颗粒的中位温度也明显降低.随着超细水雾浓度的不断增加,其对甲烷-煤尘混合爆炸的气相燃烧过程和颗粒脱挥发及燃烧过程的抑制效果也不断增强.研究可为工业生产中甲烷-煤尘爆炸强度预测和水雾抑制提供参考.     

掘进巷道瓦斯爆炸数值及实验分析

应用爆炸理论和质量、动量、能量守恒定律,针对掘进巷道瓦斯爆炸建立了物理模型和数学模型,在此基础上分析了掘进巷道瓦斯爆炸的条件和可能性.运用Autoreagas数值分析系统对掘进巷道置障条件下瓦斯与空气混合气体的燃烧爆炸进行分析和研究.结果表明,障碍物的存在使得密度升高的幅度大大增加,混合气体超压加大,激波波动剧烈,温度、混合气体流动速度以及爆炸过程中燃烧速度产生不规则波动、振荡和变化.实验分析和对比表明,瓦斯聚积量大,则发生瓦斯爆炸后产生的超压将大幅度升高,平均超压将升高到聚积量小的超压的2倍,最大超压则升高到聚积量小的超压的2.5倍.通过对照分析,数值计算的数据与实验获得的数据比较接近,证明数值模拟的合理性.     

巷道内不同形状障碍物对瓦斯爆炸传播影响的数值模拟研究

矿井下巷道由于开采需要布置了掘进、开采和运输设备等障碍物,文章基于FLACS软件对井下巷道无障碍物、球形障碍物、圆柱形障碍物、方形障碍物等四种常见的障碍物分布情况进行数值模拟,研究不同形状障碍物对瓦斯爆炸传播影响的规律。通过研究发现障碍物能对矿井下瓦斯爆炸传播起到一定的激励作用,不同形状的障碍物激励效应不同,通过爆炸压力峰值影响程度、火焰阵面拉伸程度、火焰传播速度三个表征参数对四种形状障碍物产生的不同激励效应进行描述,正方形障碍物对爆炸压力峰值影响最大,圆柱形障碍物对火焰阵面拉伸程度影响最为严重,在火焰绕过障碍物后传播速度上升最快的是球形障碍物。不同形状障碍物产生的不同激励效应有关结论的提出对降低井下瓦斯爆炸严重程度具有重要意义。     

关于岩粉隔爆效果的探讨

根据在德国ＤＭＴ研究院进行的煤尘连续爆炸时岩粉隔爆效果的实验数据,分析与探讨了在煤尘的一次爆炸和重复爆炸时,岩粉局部惰化效果等问题。     

惰性气体对奥克托今粉尘云爆炸特性的影响

为了研究惰性气体对奥克托今(HMX)粉尘云爆炸特性的影响,采用改进20L球爆炸测试装置,分别对浓度为300 g/m³HMX粉尘云在空气中以及N2、CO2氛围中的最大爆炸压力及最大压力上升速率进行测定。通过定量分析惰性气体N2、CO2对HMX粉尘云爆炸特性的影响规律,探讨其抑爆机理。结果表明：HMX粉尘云在N2和CO2氛围中的最大爆炸压力较空气中分别下降了42.74%、59.86%,最大压力上升速率分别下降了48.06%、59.99%。说明N2和CO2对HMX粉尘云爆炸特性参数有显著的抑制作用,且CO2的抑爆效果优于N2。     

不同弯型管道内粉尘爆炸传播规律

为探究粉尘爆炸在弯型管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了S型、U型、90°弯管与长直管道4种结构,利用玉米淀粉为实验介质,测试研究了粉尘爆炸在弯管内的压力发展与火焰传播速度变化规律.结果表明:对于所建立的管道系统,当粉尘浓度相同时,超压峰值在整体管道内的传播呈下降趋势,但其在弯管处的衰减程度会有所降低,且4种管道衰减程度由高到低依次为:直管>90°弯管>S型弯管>U型弯管;火焰在管道内呈持续加速状态,但弯管处的火焰上升幅度明显小于直管,弯管对火焰的传播起阻碍作用.以上研究结论对于除尘系统的防爆设计具有参考价值.     

变径管道中粉尘爆炸传播实验与模拟

为探究粉尘爆炸在变径管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了DN200长直管道和DN200~DN100的变径管道,以玉米淀粉为实验介质,通过实验和FLACS数值模拟相结合的方法,研究了粉尘爆炸在管道中火焰传播速度、超压峰值、火焰传播距离的变化规律.结果表明:火焰传播速度在管道内呈上升趋势,在变径点之后增幅明显变大,缩小管径对火焰传播起加速作用;但超压峰值在管道内呈下降趋势,其在变径后衰减幅度显著升高,缩小管径使超压衰减速率增加;通过数据拟合建立了变径管道引起爆炸腔内超压变化的数学模型;火焰传播距离随浓度增加而变长,相同浓度下渐缩变径管导致火焰传播距离变长.研究结果为除尘系统安全距离确定及阻火隔爆措施的设计提供了参考依据.     

煤矿井下瓦斯抽采PVC管道爆炸原因分析及预防

针对煤矿瓦斯抽采PVC管道静电引起的瓦斯爆炸事故,分析了PVC管道中静电产生和静电放电的原因,提出了预防PVC管道中静电灾害的技术.由于瓦斯在PVC抽放管路中流动时产生静电并在管道内壁产生静电积聚,所以在PVC管路和铁质流量计连接处,因两者导电能力不同,致使PVC管路产生静电,恰巧这时的瓦斯浓度达到爆炸范围,静电放电火...     

相连容器中粉尘爆炸的火焰传播

采用实验和数值模拟相结合的方法对相连容器中玉米淀粉粉尘爆炸的火焰传播行为进行了研究.实验装置为通过长管相连接的两个容器,爆炸在一个容器中引发后通过管道传播到另一个容器中.采用欧拉-拉格朗日方法模拟粉尘爆炸的两相流问题,气相湍流模型采用k-ε模型,粒子燃烧模型考虑了水分蒸发、挥发分分解、气相反应和粒子的表面反应,气相湍流燃烧模型采用涡旋破碎-阿累尼乌斯模型,数值求解采用算子分裂方法和FCT格式.仿真结果揭示了火焰在长管中的加速行为,计算结果与实验结果符合得较好,表明所采用的模型可以很好地应用于粉尘爆炸火焰传播的研究.