巷道瓦斯爆炸二次反冲的数值模拟

通过建立瓦斯爆炸流场的数学模型,运用ＴＶＤ（ｔｏｔａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｄｉｍｉｎｉｓｈｉｎｇ）格式的有限差分方法,模拟了瓦斯爆炸冲击波峰值超压沿井巷的衰减规律,着重反映了冲击波二次反冲过程,其结果对于实际防爆工程设计具有指导意义。     

变截面管道对瓦斯爆炸特性影响的数值模拟

以气体爆炸理论为基础,利用高精度的加权本质无振荡(WENO)格式对变截面管道中的瓦斯爆炸进行了数值模拟,探讨了变截面管道对瓦斯爆炸火焰传播的影响规律,得到了变截面管道造成瓦斯爆炸强度增大的结论. 在此基础上,分析了障碍物、壁面和三波结构对瓦斯二次爆炸的影响. 结果表明,经壁面反射后的激波和三波点的碰撞都能够诱导二次爆炸的产生. 这些结论为瓦斯爆炸的预防、安全评估和防火防爆提供了重要的理论依据.     

管道内瓦斯爆炸引起沉积煤粉尘二次爆炸的实验研究

为了系统研究可燃气体、可燃粉尘的爆炸特性,研制了一套由水平燃烧爆炸管道、配气系统、点火系统和爆炸压力测试系统组成的水平管道式气体-粉尘爆炸实验系统.利用该系统进行了瓦斯爆炸引起沉积煤粉尘二次爆炸的实验研究.结果发现二次爆炸的爆炸压力随煤粉尘浓度的增大呈现出先增大后减小的变化规律,最大爆炸压力出现在煤粉尘浓度为200g/m3附近;随着煤粉尘粒径的增大,二次爆炸的爆炸压力则是线性递减的,该研究结果对煤矿安全生产有重要的指导意义.     

用绝热氧化法净化瓦斯气体

为了从根本上解决瓦斯爆炸的危害，提出了一种防治瓦斯爆炸的新方法，即绝热氧化法。该项技术的基本原理是：将接近爆炸浓度的含瓦斯气体稀释至爆炸浓度以下，再通过负压转移系统送入瓦斯绝热氧化净化系统，并对残余气体进行二次处理，使瓦斯气体中的CH4氧化成无爆炸危险的CO2和H2O。实验是在CH4≤5％的条件下进行的。实验采用了自行设计的密封式瓦斯绝热氧化净化装置。     

煤矿瓦斯催化氧化净化实验研究

为了从根本上解决瓦斯爆炸的危害,在实验室自行设计研制了一种煤矿瓦斯催化净化装置,并成功地进行了实验室小试。可在较低温度下将CH4浓度为1%～5%的瓦斯气体,以30l/min左右的流量通过负压转移系统送入瓦斯催化净化装置,并对残余气体进行二次处理,使瓦斯气体中的CH4催化氧化成无毒、无爆炸危险的CO2和H2O,为解决煤矿瓦斯爆炸提出了一种新思路、新方法。     

泡沫陶瓷对瓦斯爆炸火焰传播的影响

为了有效抑制煤矿瓦斯爆炸的冲击波,设计加工了断面为200 mm×200 mm的方形爆炸实验管道,实验研究无障碍物条件下瓦斯爆炸火焰传播规律和泡沫陶瓷对瓦斯爆炸火焰传播的影响,并采用高速摄影系统对火焰的传播过程进行了拍摄.实验结果表明,管道内瓦斯爆炸火焰的传播速度和结构不稳定;泡沫陶瓷可以抑制火焰的传播,起到淬熄火焰的作用.研究结果对于防治煤矿瓦斯爆炸具有重要的使用价值和理论意义.     

半封闭受限空间瓦斯爆炸传播

针对掘进工作面不同强度瓦斯爆炸传播差异性的问题.用一端开口的半封闭爆炸试验装置,通过改变瓦斯聚集长度模拟爆炸点源和线源,研究瓦斯弱爆过程中超压的变化规律.实验结果表明:半封闭受限空间内瓦斯弱爆下,爆炸超压在燃烧区呈非线性变化,先上升后下降,并随传播距离增加而逐步衰减直至消失.爆炸实验结果与借助爆炸力学理论构建的弱爆理论模型相比,冲击波在一般空气区内的传播变化趋势与理论解吻合,理论模型不适用于瓦斯燃烧区.研究结果为防治瓦斯爆炸及事故勘验提供了技术和理论支持.     

瓦斯爆炸实验载气过程分析

瓦斯爆炸是威胁煤矿安全开采的重大灾害之一.实验室进行管道模拟瓦斯爆炸实验是研究瓦斯爆炸特性的有效方法.针对瓦斯爆炸实验进行之前实验气体载气过程中出现的载气时间不明确,载气量模糊等问题,使用压差流量计算方法建立相关数学模型,并利用计算机编程语言Visual Basic进行计算机编程实现迭代计算.通过计算发现载气过程相当短暂,并且载气过程中管道内的压力增加与载气时间呈二次方关系.     

瓦斯爆炸对地下巷道破坏效应的 数值模拟分析

为了研究瓦斯爆炸对地下巷道壁面结构的冲击作用规律以及瓦斯爆炸与巷道壁面耦合效应,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立管道物理模型,数值模拟了耦合和解耦合条件下管道内瓦斯爆炸压力变化、压力等值线分布、能量变化及管道等效应力的变化情况.模拟结果表明:(1)耦合效应下对爆炸流场内部的冲击超压大小的影响基本上可以忽略;(2)解耦合条件下,管道的应力等压线分布呈现较规则同心环,而耦合条件下,在整个传播过程管道内等压线分布处于紊乱状态,可知在耦合效应下瓦斯爆炸流场在巷道中会变得更加复杂;(3)等效应力分布导致管道多次轻微变形,但第1次变形破坏最为有效,可知瓦斯爆炸时应力波是随着时间的推移逐渐减少.研究结果能够对地下巷道的设计提供一定的理论指导,对减小瓦斯爆炸的损失也具有重要的现实意义.     

瓦斯爆炸对躲避硐室影响的数值模拟

为研究瓦斯爆炸对矿井躲避硐室的影响,在封闭及开口管路中分别进行了瓦斯爆炸过程的数值模拟,运用ICEM软件建立了躲避硐室的物理模型,使用FLUENT软件对不同边界条件下的瓦斯爆炸压力、温度变化进行数值模拟,运用Origin软件对瓦斯爆炸过程中的压力、温度变化进行曲线拟合.结果表明:封闭条件下,躲避硐室中承受的最大爆炸压力和最高温度分别为0.61 MPa以及2 269 K;开口条件下,躲避硐室中承受的爆炸超压及最高温度分别降至12.39 k Pa和1 773 K.综合爆炸超压及爆炸引起的高温影响,躲避硐室应该尽可能地远离独头巷道.     

分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播规律实验及数值模拟

为了研究煤矿井下瓦斯爆炸火焰在分岔巷道内的传播规律,自制45°分岔管道实验装置开展甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸火焰传播实验,用Fluent 16.0软件模拟分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播过程。对比分析实验数据与模拟结果,得到分岔管道瓦斯爆炸火焰传播的变化规律。研究结果表明:1)分岔管道内瓦斯爆炸火焰在分岔处产生漩涡,加速管道内爆炸火焰湍流化,火焰冲击反射现象明显;2)分岔支管截面处爆炸火焰温度、传播速度、冲击波超压与离子电流峰值最大;3)瓦斯爆炸火焰传播的模拟结果与实验数据在数值上存在一定差异,但各参量总体变化趋势相同。研究结果为深入认识井下瓦斯爆炸传播机制和在巷道分岔处采取瓦斯爆炸火焰传播抑制措施提供一定参考。     

几种炸药水下爆炸能量损失特性分析

针对炸药水中爆炸能量损失特性,通过水下爆炸试验,测定了TNT,RS211,RBUL,GUHL,RS3-4等水下爆炸时的超压、冲击波能、气泡能等冲击波性能参数. 对试验结果进行相似分析,得到了超压以及冲击波能的衰减规律,同时分析了装药的水下爆炸的能量输出结构及其能量损失特性. 结果表明,RS211和RS3-4具有较高冲击波超压峰值,而RBUL、GUHL衰减较为缓慢,RBUL、GUHL水下爆炸能量可到达约1.8倍TNT当量. 5 kg炸药水下爆炸时,在0～3 m处,总能量损失Δe_d呈现抛物线形式的增长;在3 m之后呈现线性增长;5 m之后为理想冲击波状态.      

瓦斯煤尘爆炸传播数值仿真系统研究

以连续相、燃烧、颗粒相数理方程建立瓦斯煤尘爆炸传播数理模型，并应用连续相、颗粒相计算方法，依据大型巷道瓦斯爆炸、瓦斯煤尘爆炸传播实验数据，借助普遍应用的流场模拟平台，开发了瓦斯、煤尘爆炸数值仿真系统。该系统可以有效地模拟煤矿瓦斯、煤尘的爆炸事故过程，对瓦斯爆炸的爆燃转爆轰、煤尘是否参与爆炸、爆炸冲击传播速度、衰减规律以及爆炸灾害的波及范围都能进行较准确的模拟。     

冲击波引起瓦斯爆炸的动力学特性仿真研究

美国学者苏黛瑞的《在中国城市中争取公民权:农民工、国家与市场逻辑》一书,以公民权为切入点,揭示了在国家计划体制、市场与农村流动人口三方动态博弈过程中,农民工的流动路径、其城市居留形态的塑造及城市生存策略。作为一本美籍学者对当代中国流动人口的研究论著,对国内学界而言,其价值在于不仅提供了农民工研究的新视角,而且更新了流动人口的研究范式,对中国流动人口研究有相当的启发与借鉴意义。     

瓦斯爆炸对巷道壁面损伤破坏的数值模拟研究

为了研究巷道内瓦斯爆炸冲击波对巷道壁面结构的损伤破坏,利用ANSYS/LS-DYNA建立巷道瓦斯爆炸物理模型和数学模型,对掘进巷道瓦斯爆炸冲击波破坏特性进行数值模拟研究。结果表明:在巷道壁面边缘位置和中心位置超压测值较大,其壁面损伤相对更为严重;冲击波在巷道轴向壁面也会出现反射和叠加,导致整体超压峰值上下振荡波动;瓦斯爆炸后冲击波向开口方向传播,瓦斯区壁面受到的载荷最大,并逐渐向空气区加载扩散;随着爆炸冲击波能量衰减,而应力持续加载在壁面结构,压力集中对壁面结构施加静态破坏,最后超过其承受能力,导致巷道失稳破坏。研究结果可为优化巷道结构的设计提供理论参考。     

考虑真实气体效应的激波速度计算

对具有良好压力平台的H2／CO2（驱动气体为氢气,被驱动气体为CO2）激波管中的激波速度进行了计算．其特点是初始激波速度采用考虑真实气体效应的理论计算,沿管运行时理论不能准确计算的部分采用由实验得出的一个激波衰减公式计算．计算与实验结果吻合,为使用和设计该类激波管提供参考．     

蒸气爆炸过程中压力波冲击气泡现象的数值模拟

为了进行高温金属铝液与水相互作用产生蒸气爆炸过程中压力波冲击气泡现象的机理研究,采用用Euler坐标下Level set方法追踪界面研究压力波对水下气泡的冲击过程,通过数值模拟可以清楚地看到压力波对水中气泡的冲击过程,并分别对气泡和压力波的不同初始压力条件下的作用过程进行数值模拟. 研究结果表明,气泡破裂后各观测点的最大压力随着气泡内部初始压力的增加呈线性递减;随着入射平面压力波压力载荷的降低,气泡破裂后各观测点的最大压力不断递减.      

遮弹层厚度对砂土中地冲击荷载的影响

土中自由场地冲击荷载是地下防护结构设计的基础。分别建立炸药在砂土和遮弹层中爆炸的精细化数值模型，对比分析所得地冲击荷载的计算结果与相关试验数据。在遮弹层爆炸模型中，改变遮弹层厚度，研究遮弹层比例厚度对地冲击荷载衰减及分布规律的影响。结果表明，两个模型的数值计算与试验数值吻合较好，验证了数值计算方法的可靠性。遮弹层比例厚度不改变爆心正下方地冲击应力峰值衰减系数，但对应力峰值大小有影响；遮弹层比例厚度越大，爆心正下方土中相同比例深度处的应力峰值越大。地冲击荷载水平分布也受遮弹层的影响，遮弹层比例厚度越大，距遮弹层底面比例距离大于0.15 m/kg1/3的平面上归一化竖向应力水平分布曲线越陡，进而得出考虑遮弹层厚度影响的地冲击荷载计算公式。     

埋地输气管道爆炸驱动的路面动力响应分析

为探究埋地输气管道爆炸驱动下的路面动力响应规律,利用ANSYS软件模拟仿真天然气管道爆炸过程,通过改变管道埋深、壁厚、敷设夹角三个主要因素得到道路不同点处超压峰值,与安全评定准则相对比得出人和物安全指数。研究结果表明：管道埋深对道路超压峰值影响显著,在单一变量改变下,道路超压峰值随着埋深增加而减小,埋深超过5m时,爆炸冲击波不足以破坏路面且对人和建筑物造成影响;管道壁厚改变时道路超压峰值呈现“增加-减少”趋势,壁厚为15mm时,超压峰值达到顶峰,当壁厚达到20mm后,爆炸冲击波不足以对人和物形成伤害;管道敷设夹角改变时道路超压峰值呈现“减小”的趋势,管道爆炸点正上方处无安全敷设角度,当敷设角度为60°时,道路其余位置均处于安全范围。