甲烷浓度和煤粉粒径对混合爆炸火焰传播速度的影响

为评价瓦斯空气煤粉混合爆炸危险性大小,探究爆炸机理,方便相关事故原因分析,利用水平透明玻璃式爆炸管道,探究了甲烷浓度、煤粉粒径对复合爆炸中火焰传播速度的影响。实验结果表明:随着甲烷浓度的增大,火焰传播速度先增大后减小,在接近爆炸上限浓度和爆炸下限浓度时达到最大值;随着煤粉粒径的增大,火焰传播速度逐渐变小,最大火焰传播速度也变小,甲烷浓度为10%,煤粉粒径为30μm时火焰传播速度最大。     

管道内瓦斯爆炸火焰传播压力与温度特性

为了研究瓦斯爆炸的压力与温度特性,利用矩形管道装置对不同体积分数的瓦斯进行爆炸实验。采用压力传感器和微细热电偶测量爆炸过程中压力与温度的变化,并结合高速摄像仪采集火焰传播图像。研究结果表明:该管道内最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率以及火焰温度峰值都随瓦斯体积分数的增加呈先增加后减小的趋势,到达最大爆炸压力的时间随瓦斯体积分数的增加呈先减小后增大的趋势。该管道上部燃烧比下部燃烧剧烈,下部火焰温度峰值与瓦斯体积分数呈4次函数表达式。在瓦斯爆炸火焰传播过程中,火焰峰面会发生变化,当瓦斯体积分数越接近10%时,越易形成"Tulip"火焰峰面;当瓦斯体积分数为10%时,火焰最明亮,最大爆炸压力和火焰温度峰值都取得最大值,分别为0.74 MPa和1 704.26℃。     

管道中瓦斯爆炸过程的数值模拟

利用AutoReaGas软件对封闭的长直管道内瓦斯爆炸进行了数值模拟,研究了瓦斯的浓度对爆炸超压影响的规律. 在此基础上,进一步研究了障碍物个数和阻塞比对瓦斯爆炸超压和火焰传播速度的影响. 数值结果表明,在无障碍物的管道中,当瓦斯浓度为化学当量浓度时,爆炸超压值最大;在带有障碍物的管道中,火焰速度值随着障碍物数量的增加先增大后减小;当障碍物个数一定时,最大爆炸超压和火焰速度随阻塞比增大而增加.     

圆管内泡沫陶瓷对瓦斯爆炸的抑制特性

为有效抑制瓦斯爆炸冲击波及火焰传播,构建大尺度圆形管道实验装置,对瓦斯预混爆炸过程中泡沫陶瓷对冲击波和火焰传播抑制特性进行研究.结果表明：泡沫陶瓷能够吸收瓦斯爆炸冲击波能量,对火焰和冲击波传播抑制效果明显,泡沫陶瓷挡板厚度及设置层数、位置是典型影响因素.挡板设置位置距点火端距离十分重要,其临界值应为起爆期间火焰传播速度达到最大值位置以内,进而实现对瓦斯爆炸传播与发展的有效抑制.对比双层和单层挡板布置的实验结果,双层布置时冲击波最大超压下降更快.但是,挡板厚度的影响并不明显.设置厚度为50 mm或30 mm的挡板时,测得最大超压的沿程衰减趋势一致,大小也很相近.     

瓦斯体积分数对火焰传播规律影响的实验研究

为研究长直管道中体积分数对瓦斯爆炸的影响以及瓦斯爆炸火焰的传播特征,进行了有无障碍物条件下不同体积分数的瓦斯爆炸实验,用高速摄影仪拍摄火焰阵面发展的过程. 实验结果表明,火焰在密闭管道中传播经历了多次振荡的过程,这是火焰前方未燃气体在压缩波的作用下形成湍流所致;瓦斯的体积分数对最大火焰速度和火焰最大传播距离有很大的影响;得出了障碍物对火焰的传播有加速作用,接近当量体积分数的瓦斯爆炸火焰传播速度最快,在一定条件下会发生爆燃转爆轰.      

低压CH4/O2/N2预混火焰结构的数值预测

本文利用简化的 79机理和BM机理[1] 模拟了等当量比下低压 (0 .0 395atm)CH4/O2 /N2 预混火焰中反应物、主产物和自由基浓度随火焰高度的变化关系 ,还预测了三种当量比 (Φ=0 .8、Φ=1 .0、Φ=1 .2 )下CH和NO的变化关系 ,对计算结果和实验结果进行了比较 .结果表明 ,两种机理能很好反映稳定物质和自由基H、O、OH的变化曲线 ,在CH和NO的预测中 ,79机理比BM机理要好 ,这说明利用简化机理预测具有较好效果 ,同时适于工程需要 ,具有较大潜力     

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。     

半封闭空间甲烷爆炸初期火焰传播时空分布研究

通过小尺度实验,研究了半封闭空间甲烷爆炸火焰前沿位置、传播速度随时间和空间的变化规律,以及甲烷浓度对其的影响。研究得出：在时间分布上,甲烷爆炸初期欠焰前沿位置和传播速度随时间近似呈指数型增长,传播速度存在波动性;甲烷浓度越大,火焰初始传播速度越大。在空间分布上,在火焰前沿达到管道长径比蓬～6之前,传播速度在20m/s以下,达到4～6处,速度开始明显增大;在管径相确的管道中,甲烷在化学当量比附近由燃烧达到爆炸的距离最短;当甲烷浓度向大小两个方向变化时,由燃烧达到爆炸的距离逐渐增大。     

小尺度管道中CH4-O2爆炸火焰传播规律实验研究

为研究小尺度管道中CH₄-O₂爆炸火焰传播规律,设计并建立了小尺度管道实验系统,由小尺度管道、配气系统、点火系统、爆炸压力数据采集系统、高速摄影系统以及数据处理系统等组成. 利用小尺度管道实验系统,研究了不同初始压力、不同初始浓度条件下CH₄-O₂混合气体爆炸火焰传播的规律. 爆炸火焰传播速度由高速摄影系统采集的图像利用Matlab程序进行处理并计算得到. 结果表明:同一初始浓度条件下,随着初始压力的增加,爆炸火焰在管道中传播的最大速度随之增大;管道中爆炸火焰最大速度与初始压力的倒数近似呈线性关系;对于不同初始浓度下的混合气体,都存在使混合气体形成加速火焰的最低初始压力;以化学当量浓度（CH₄+2O₂）为界限,当初始浓度越接近化学当量浓度时,混合气体形成加速火焰所需的最低初始压力越小.      

不同电极下电场对甲烷/空气稀燃火焰影响的试验研究

针对稀燃条件下燃烧存在燃烧速率慢、循环变动严重的问题,研究了定容燃烧弹内点、柱、网3种电极结构下的电场对火焰形状、火焰传播距离及速率、燃烧压力的影响。结果表明:3种电极下加载电压,火焰形状均发生变形且在水平方向被拉伸;3种电极中网电极下的电场对火焰的促进作用最大;混合气越稀,火焰在电场中停留的时间越长,电场对火焰的影响越大。过量空气系数为1.2、1.4、1.6,网电极在加载-10kV电压时,平均火焰传播速率比未加载电压时分别提高了66.82%、112.42%、126.16%,相对燃烧压力增大率的最大值分别为71.60%、113.55%、114.97%。     

甲烷爆炸感应期内C_2自由基及其特征光谱分析

为推进甲烷爆炸感应期内探测与抑制技术的发展,利用小尺度气体爆炸实验装置进行了12个体积分数的甲烷爆炸实验,采用光谱比较法、谱线强度比较法和加权因子法等火焰发射光谱分析方法对实验得到的甲烷爆炸感应期内C2自由基及其特征光谱出现频率、相对强弱等特征进行分析。研究表明,甲烷爆炸感应期内存在C2自由基,并且Phillips近红外系统谱带、Mulliken’s系统谱带、Swan系统谱带、Fox-Herzberg系统谱带出现概率较高,被探测到的概率较大,适宜用作辨识甲烷爆炸信号。C2含量在甲烷体积分数9.5%附近时最大,在9.5%之前,随着甲烷体积分数的增加而增大,在达到9.5%之后,随着甲烷体积分数增加而减小。实验条件下C2各特征光谱中,Phillips近红外系统谱带、Swan系统谱带、Fox-Herzberg系统谱带分别在771,590,289 nm处特征光谱相对较强,这些光谱强度较强的谱线适于用作辨识自由基和瓦斯爆炸信号的依据。     

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。     

甲烷/空气预混气的火焰传播过程

为研究爆炸罐内甲烷/空气预混气中火焰的传播过程,利用高速摄像仪对火焰的传播过程进行了拍摄,用压力测试系统测量了爆炸罐中压力的成长过程,分析了火焰传播特性,计算了层流燃烧速度和不同位置的爆炸特性值.研究结果表明:根据高速摄像仪得到的图片将预混火焰分为火焰稳定成长及剧烈燃烧阶段,用两种方法测得预混气的层流燃烧速度分别为0.344和0.391m/s.爆炸特性值的最大值出现在离点火位置0.75m处,壁面的爆炸特性值偏小.     

结构异常管路对瓦斯爆炸传播特性的影响

在实验研究的基础上,分析了结构异常管路对瓦斯爆炸传播特性的重要影响。研究结果表明,在拐弯处的瓦斯爆炸传播过程是一个压力波、火焰、复杂流动场相互作用的过程,压力波超压、火焰传播速度迅速增大,对拐弯处的壁面破坏特别严重。弯管角度对瓦斯爆炸传播特性有很大的影响,瓦斯爆炸通过不同角度的弯管后,火焰传播速度和压力波超压值都有不同程度的变化。管道拐弯既增加了燃烧区的湍流度而加速燃烧产生能量以推动加速传播,同时也因为拐弯而增大了总阻力和热量向壁面的传递,弯角处膨胀波也会抑制瓦斯爆炸的传播。管道拐弯对瓦斯爆炸传播特性的影响取决于抑制因素和激励因素的综合作用。     

少量乙烯对甲烷爆炸危险性及反应历程的影响

工业生产中可燃气体爆炸往往是多元可燃气体在空气中的爆炸,而乙烯作为活性非常高的可燃性气体,对甲烷爆炸的危险性有很大影响,为了进一步考察乙烯影响CH4爆炸的规律,采用标准的可燃气体爆炸极限测试装置,分析了含有不同浓度C_2H_4时,CH_4在空气中的爆炸极限;并基于密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31G水平下对相关基元反应进行定量分析,计算出相应热力学数据,然后用反应内禀坐标法验证反应路径,结合反应动力学来分析C2H4对甲烷爆炸反应历程的影响。结果表明:少量C_2H_4可使甲烷爆炸上限和下限均有所下降,且爆炸下限下降更明显,爆炸危险度F值增大;C2H4裂解过程中的·C2H3与O2反应生成爆炸链反应的中间产物CH_2O,增加了CH_4爆炸链分支反应;C_2H_4的存在增加了链反应所需的中间产物,提高了整个反应体系活化中心浓度,促进了甲烷爆炸;计算结果从微观角度很好地解释了实验结果,得出了C_2H_4/CH4混合体系16步简化反应机理。     

基于定容燃烧弹的不同初始压力甲烷爆炸特性研究

在工业生产现场中存在各种储罐,特别是在天然气柱罐区,天然气爆炸冲击波产生抛射物碎片形成多米诺骨牌效应。本文利用定容燃烧弹爆炸实验装置,通过设置不同初始压力、甲烷浓度条件,对不同初始压力下不同浓度甲烷爆炸特性进行了实验研究,结果表明初始压力增大,使甲烷-空气混合气的最大爆炸压力增大,爆炸危险性增加,初始压力对低浓度甲烷爆炸的最大压力影响最大;当量比浓度与爆炸下限之间的混合气体在初始压力增加时的正反馈效应,使当量比浓度与爆炸下限之间混合气体最大爆炸压力的增幅较当量比浓度与爆炸上限之间的增幅大,即当量比浓度与爆炸下限之间的混合气体较当量比浓度与爆炸上限之间的混合气体对初始压力更敏感。分析初始压力对甲烷爆炸传播的影响,对降低罐区甲烷爆炸事故的严重程度具有指导意义。     

密闭巷道内瓦斯爆炸超压场的数值模拟研究

应用计算流体动力学软件AutoreaGas定量研究了截面为3 m×3 m、长25 m的一段密闭巷道中瓦斯爆炸超压场. 通过数值模拟手段分析了障碍物的形状和大小对密闭巷道中瓦斯爆炸超压的影响,确定了形成最大爆炸超压时巷道内的最佳阻塞比,并在最佳阻塞比的障碍物填装条件下,研究了不同瓦斯浓度对爆炸超压的影响. 结果表明,瓦斯空气混合物爆炸超压随着阻塞比的增大呈现先增大后减小的趋势,在7.5%、8.5%、9.5%、10.5%、11.5% 5种瓦斯浓度下,爆炸超压随着浓度的增大呈现先增大后减小的趋势,当阻塞比为26.6%时,爆炸超压在9.5%时达到峰值.     

基于Gaussian的瓦斯爆炸微观反应机理

为了从微观热力学和动力学角度揭示瓦斯爆炸机理,应用Gaussian软件,采用密度泛函(DFT)理论的B3LYP/6-31G方法对低温阶段瓦斯爆炸自由基链式反应进行定量分析,优化得到各步反应反应物和产物的稳定构型及相应构型参数,计算得到各反应的反应焓变、吉布斯自由能和活化能等重要参数.结果表明:链引发反应CH4 O2→CH3 HO2进行缓慢,反应焓为259.26kJ/mol,吉布斯自由能为210.68kJ/mol,需吸收大量热量才能激发反应进行.CH4 O2→HO2 HCO作为链分支在整个反应中起到至关重要的作用,相应的活化能为193.91kJ/mol,对瓦斯氧化加速达到爆炸有决定性意义.该结论对瓦斯爆炸机理的深层次研究及瓦斯爆炸防治提供了理论依据.     

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。     

当量比对乙炔/空气爆炸特性和火焰速度的影响

为了获取不同当量比乙炔/空气的爆炸特性和火焰速度,采用20 L球形爆炸装置与高速相机,在常温常压下对当量比为0.60～4.20的乙炔/空气进行爆炸实验,并结合Chemkin对爆炸过程进行计算,将实验结果与Chemkin模拟结果进行对比.根据火焰图像,计算光滑火焰阶段不同当量比下乙炔/空气火焰传播速度和层流燃烧速度.研究...