水平粉尘爆轰管上的扬尘方法研究

为新建成的内径158mm、长23m水平粉尘爆轰管发展了一种新的扬尘技术,并在此爆轰管上进行了弱点火条件下微细铝粉——空气混合物的爆轰波实验研究。结果表明,这种扬尘方法结构简单、操作方便、可靠性好、均匀性与悬浮时间等扬尘特性也满足实验要求。     

大型管中悬浮流燃烧加速的研究

分别在长９ｍ，内径０．１４ｍ与长１２ｍ，内径０．１４ｍ配有特殊喷雾和喷粉系统的大型水平燃烧管中，对戊烷气云与铝粉粉尘的燃烧加速诱导激波现象进行了实验研究，其结果反映了气云与粉尘悬浮流火焰在管内的传播规律，基于双流体模型，利用分裂格式，ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式及ＴＶＤ格式对两相反应流的基本方程进行了数值求解，计算结果与实验结果较为吻合。     

乙醚-铝粉-空气混合物燃烧转爆轰的实验研究

在长为32.4m、内径为0.199m的大型长直水平管道中对乙醚-空气混合物、乙醚-铝粉-空气混合物的燃烧转爆轰(DDT)过程进行了实验研究.对多相混合物弱点火条件下的DDT过程不同阶段的特征进行了分析,并对不同浓度时混合物的燃爆情况进行了比较.结果表明,质量浓度为295g/m3的乙醚-空气混合物与质量浓度分别为314,230g/m3的乙醚-铝粉-空气混合物在管道末端测点范围内均能够形成自持爆轰.     

先导波诱导沉积粉尘的爆炸实验

气体爆炸往往不是仅发生一次,粉尘也会参与其中形成二次爆炸,发生粉尘爆炸时,初始气体爆炸的冲击波将未发生爆炸区域内的沉积粉尘扬起,形成粉尘云,并被传播的火焰引燃发生爆炸,导致事故灾害明显加重。因此,粉尘二次爆炸的发生机制和发展过程一直是学者们关注的焦点。笔者以局域爆炸诱导沉积粉尘悬浮爆炸为研究对象,通过实验和理论研究探索预混气局域爆炸产生的先导波诱导沉积粉尘爆炸的过程。结果表明:在敷设面粉表观浓度为800 g/m~3的情况下,当预混气CH_4体积分数为10%时,在距离管道左侧4.3 m处的爆炸超压峰值最大,达到0.195 MPa,该值是管道内无沉积粉尘情况下爆炸超压峰值(0.132 MPa)的1.477倍,即管道内沉积粉尘存在一个最危险的表观浓度(800 g/m~3),且预混气CH_4体积分数为10%时,实验所得爆炸超压峰值最高。研究结果将为工程上大尺度实际爆炸事故的预防分析奠定基础。     

甲烷煤尘爆轰参数计算及实验研究

为研究甲烷煤尘爆轰过程中气固两相耦合效应及量化关系.采用理论分析和实验的方法,计算了不同体积分数的甲烷、不同质量浓度的煤尘及甲烷煤尘混合物在燃烧、爆轰过程中爆压和爆速等重要参数.理论分析揭示了燃烧波、爆轰波的传播特征,爆炸实验验证了燃烧波和爆轰波传播规律.研究结果表明:甲烷的燃烧加速煤的热解,煤粉挥发份析出较快;初始阶段甲烷气体的反应速度快,压力上升速率快;煤在高温下快速热解出可燃气体,并发生闪燃;因此,甲烷煤尘混合物爆轰比单一的气相、固相爆轰的分析和测试困难的多.该研究成果对于煤矿安全生产防治抑爆技术等应用具有参考价值.     

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.     

抑制铝粉尘云爆炸的粉体材料效能对比分析

为降低铝粉尘云爆炸事故危害程度,有必要探索对其有效的抑制性粉体材料。采用瞬态火焰传播实验系统研究ABC粉、MCA粉和MPP粉对铝粉尘云爆炸的抑制效能,并深入分析优选阻燃粉体材料MPP粉对铝粉燃烧的抑制机理。研究结果表明:针对质量浓度为375 g/m3铝粉尘云,MPP粉、MCA粉和ABC粉质量浓度分别为70.31,93.75和140.63 g/m3时,铝粉尘云爆炸能够被彻底抑制。3种阻燃粉体材料中,MPP粉对铝粉尘云爆炸的抑制效果最好。在0～612.5°C,MPP分解吸收大量热,分解产生的惰性气体NH3和H2O会降低金属颗粒附近的氧气浓度。此外,分解产生的磷系自由基也会反应进一步消耗掉氧原子。铝粉在加热过程中,被氧化铝薄膜包裹着的内核铝受热膨胀突破氧化膜,开始快速氧化,而MPP粉的加入推迟了这一过程。分解吸热、降低氧化剂浓度以及消耗氧原子的综合作用导致MPP粉对铝粉尘云爆炸具有较好的抑制效果。     

激波卷扬可燃粉尘的理论模型

本文描述了激波卷扬可燃粉尘床形成燃烧反应边界层的理论模型,由此揭示出该反应边界层的基本结构由诱导区、反应区、扩散区构成.另外,燃烧粉尘云轮廓及颗粒点火时间的理论值与实验结果较一致,说明此模型能很好地描述上述流动特征.     

粮食粉尘爆炸过程的研究

研究了5种市售粮食的粉尘爆炸,并利用录相对它们的点火过程进行了初步定量分析,得到点火持续时间和点火初期火焰扩展速度;观察到过100目筛的粮食细粉尘悬浮在空中时,在合适的条件下,遇火柴头大小的能源,极易引起快速燃烧,导致粉尘爆炸。     

边界层对驻定斜爆轰结构和稳定性的影响

针对边界层对斜爆轰结构和稳定性的影响可能会引起驻定斜爆轰发动机性能下降的问题,通过求解包含氢气/空气基元反应模型的二维NS(navier-stocks)方程研究了黏性条件下的驻定斜爆轰的流场结构和数值扰动状态下驻定斜爆轰波的稳定性。研究发现,可燃的高超声速气流通过楔面后,形成斜激波(oblique shock wave,OSW)和薄的边界层,在斜激波后,出现主要流体参数保持不变的诱导区;在边界层内,发生等压燃烧,气体温度和水的质量分数较高;诱导区后,由于能量释放产生的爆燃波向上游传播,并发生汇聚,最终与斜激波波阵面相互作用,逐渐形成驻定的斜爆轰(oblique detonation wave,ODW)。边界层的存在缩短了诱导反应的时间,使得斜爆轰提前发生,斜爆轰角变小,三波点位置上移;但对驻定斜爆轰的主流区的影响有限。通过在斜爆轰波流场中添加数值扰动,证实了边界层存在条件下驻定斜爆轰结构是稳定的。     

煤尘云着火敏感性影响因素的实验研究

为研究煤尘云的着火敏感性,选取3种典型煤尘-无烟煤、烟煤、褐煤,采用Godbert-Greenwald恒温炉装置,研究不同测试条件及煤尘种类对煤尘云最低着火温度的影响,以及惰性粉尘对煤尘云着火的抑制作用.研究表明:随着喷尘压力的增大,煤尘云最低着火温度先降低后升高,存在最佳喷尘压力为50 kPa,对应的煤尘云着火温度最低;随着煤尘粒径的增大,煤尘云最低着火温度呈线性升高的趋势;随着煤尘云浓度的增大,煤尘云最低着火温度先降低后升高;3种煤尘云均存在最佳着火浓度:无烟煤和烟煤为1.818 g/L,褐煤为1.364 g/L;煤尘云的最低着火温度随挥发分含量的增大而减小;挥发分质量分数小于15%的煤尘,灰分的阻燃作用明显,挥发分质量分数大于15%时,灰分的阻燃作用不明显;惰性粉尘对煤尘云着火的抑制效果:炭黑最强、粉煤灰次之,CaCO₃最弱.      

垂直管道中锆粉云火焰传播速度特性及锆颗粒群燃烧模型

在粉尘云瞬态火焰实验系统上开展实验研究,揭示了垂直管道中锆金属云的火焰传播速度特性并建立了垂直管道中向上运动的锆颗粒群燃烧模型. 研究结果表明,锆颗粒的燃烧产物二氧化锆颗粒具有单斜和四方两种晶相. 管道中的锆粉云浓度高低可根据火焰锋面形状进行初始判断. 垂直管道中锆粉云的最大火焰传播速度随锆粉云浓度的增加先增大后减小,这是由于管道中富燃料燃烧缺氧和未燃颗粒吸收体系热能而造成. 锆粉云浓度为0.625 kg/m3时,管道中出现最快火焰的传播速度可达39.7 m/s. 在锆颗粒群燃烧模型中将颗粒燃烧过程分为4个阶段. 从宏观现象和微观机理上对锆粉云在垂直管道中的火焰传播过程进行了表征.      

粮食伴生粉尘最低着火温度的实验研究

按照IEC标准建立了工业粉尘云和粉尘层最低着火温度(MIT)测试装置,对8种取自工业现场的粮食伴生粉尘进行了粉尘云和粉尘层MIT实验测试,并对灰分、粒径、水分对MIT的影响进行了实验研究和分析·发现粮食储运系统后期工艺比早期危险,按照粮食精粉或淀粉实验数据进行工业实际防爆设计的安全裕度过大,并提出了可行的防爆温度组别·所得结论为粮食行业的防爆设备选型提供了实验依据,对于粉尘着火和爆炸危险性评价具有借鉴意义·     

中国油页岩粉尘爆炸特性实验研究

为掌握中国油页岩粉尘爆炸特性,利用标准测试装置对国内4个主要矿区的油页岩样品进行了粉尘着火敏感度及爆炸猛度实验研究,并和煤粉尘的爆炸特性进行了对比分析.结果表明,粉尘层最低着火温度为240~280℃,粉尘云最低着火温度为440~560℃,与烟煤热引燃敏感性近似;油页岩粉尘云最小点火能为0.2~16 J,分布范围较宽,其大小与样品挥发分含量负相关;粉尘爆炸下限为200~225 g/m3,高于烟煤;爆炸猛度在300~2 500 g/m3质量浓度范围内表现先增后减的趋势,最大值为烟煤的2/3.研究结果对了解中国油页岩粉尘爆炸危险性、选择工艺防爆方法具有参考价值.     

丙烷/空气低温等离子体点火起爆数值研究

为研究脉冲爆震发动机低温等离子体点火起爆机理, 充分考虑丙烷/空气详细化学反应动力学机理, 将低温等离子体点火器放电区等效为高温高压热核, 利用FLUENT 软件内置的层流有限速率化学反应模型, 对脉冲爆震发动机低温等离子体点火后由缓燃转爆震(DDT)的过程进行模拟, 并对该过程进行详细分析。实验结果表明, 将低温等离子体点火器简化成一定压力和温度的火核进行数值模拟是可行的, 压力接近常压, 壁面温度为常温更合理。数值模拟的爆震波发展时间小于实验结果, 考虑到实验时有点火延迟和测量误差, 可以认为实验值符合数值模拟时火核为常压、壁温为常温的计算结果。     

连续点火诱导爆轰的数值研究

使用带基元化学反应的多组分Navier-Stokes方程,数值研究了多点连续点火过程诱导氢气-空气预混合气体的爆轰过程.计算结果表明,点火时序的变化可以显著影响预混气的爆轰引发特性.适当的加速连续点火过程可以诱导爆轰的形成,且随着点火过程的加速,爆轰的形成时间和距离均有所缩短;减速或过快的连续点火过程则不能诱导爆轰的形成.     

二甲基醚发动机工作过程的数值模拟研究

以二甲基醚着火反应机理和热力学燃烧模型为基础,建立了二甲基醚着火数据库及发动机工作过程的数学模型,藉此进行了发动机的循环模拟计算．计算结果与验证实验结果对比表明,Wiebe模型、Watson模型和Whitehouse-Way模型均可应用于二甲基醚发动机工作过程的模拟计算．应用化学反应动力学模型对DME发动机着火过程模拟计算结果所建立的着火数据库表明,滞燃期是缸内温度、压力和燃空当量比的函数,在一定的燃空当量比范围内,着火滞燃期随燃空当量比增大而变小．而采取将着火数据库与Watson燃烧子模型相耦合的模拟计算能够与实验结果相吻合。     

惰性粉体对钛粉尘云着火抑制的研究

利用最低着火温度测试仪,研究碳酸钙、氯化钾、氢氧化铝、磷酸二氢铵等惰性粉体含量和粒径对钛粉尘云着火温度的影响。测试结果表明:相同实验条件下,惰性粉体对钛粉尘云着火温度的抑制效果由强到弱为磷酸二氢铵、氢氧化铝、氯化钾、碳酸钙;在0~50%的含量范围内,惰性粉体对钛粉尘云的着火温度抑制效果随着含量的增加而变强;惰性粉体的粒径越小,对钛粉尘云着火温度的抑制效果越强。     

煤尘云最低引燃温度实验研究

 利用HY16429 粉尘云引燃温度实验装置,测定不同煤种不同粒径煤尘云的最低引燃温度,研究挥发分和煤尘粒径2 种因素对煤尘云最低引燃温度的综合影响。结果表明,同一煤种煤尘云最低引燃温度随粒径的减小而降低;当煤尘粒径≥250 μm 时煤尘云出现火星的温度受挥发分含量的影响较小,且不同煤种出现火星的最低温度相近;煤尘粒径较小时煤尘云最低引燃温度随挥发分含量的增大而降低。