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。     

双侧分支结构管道内粉尘爆炸传播规律

为探究粉尘爆炸在工业除尘管网中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统和自主设计的双侧分支结构管道,对双侧分支结构管道内玉米淀粉爆炸火焰传播速度和超压峰值的变化规律展开研究.实验结果表明:三种粉尘质量浓度下,火焰在主管道内的传播速度随传播距离增加均呈持续上升趋势,双侧分支结构对火焰传播具有弱化作用,且距离点火端越近,弱化作用越显著;双侧分支结构的安装位置会影响管道内超压峰值,其在距离点火端较近时呈持续衰减趋势,距离点火端较远时呈先快速下降后上升再缓慢衰减趋势.以上研究为除尘系统的防爆设计提供参考和依据.     

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。     

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.     

隧道内液化天然气管道泄漏爆炸过程的数值模拟

 为了解隧道内液化天然气(LNG)管道泄漏爆炸事故的发展规律,以某实际工程为例,运用计算流体动力学方法建立隧道内LNG管道泄漏爆炸模型,分别以3种不同的边界条件对LNG泄漏爆炸过程进行了数值模拟计算。针对隧道两端为固壁和设泄压结构2种情况下的爆炸过程,通过数值模拟得到了3种不同泄漏强度条件下隧道内LNG泄漏爆炸峰值超压情况,并以此为依据判定其破坏性。结果表明,隧道两端为固壁或设泄压结构时,在泄漏强度最小及最大2种情况下爆炸形式均为爆燃,会对隧道内设施产生较严重破坏;泄漏强度居中的情况下,则会发生爆燃转爆轰过程,破坏力极强,应避免此种情况的发生。     

输送管道内低浓度瓦斯爆炸传播实验研究

为了提高煤矿抽采瓦斯的利用率和抽采系统的安全性,实现低浓度瓦斯的安全抽采和利用,开发可靠、完善、配套的低浓度瓦斯抽放系统设备,对低浓度瓦斯抽放输送管道中瓦斯爆炸传播机理进行了实验研究.研究表明,DN500 mm和DN700 mm管道的全管道瓦斯爆炸最大压力峰值出现在出口附近,在本试验条件下,最大压力峰值在0 7～1 9 MPa之间;瓦斯爆炸压力峰值从爆源点开始逐渐下降,传播一段距离后出现拐点,压力峰值开始上升;火焰速度随着传播距离的加长而依次增大,在靠近出口处,火焰传播速度最快;管道管径的不同明显影响了瓦斯的爆炸过程.这些规律性的结论为低浓度瓦斯输送管道的承压设计、各种隔抑爆设备的承压设计以及输送管道上各种隔抑爆设备的安装距离的确定提供了理论依据.     

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。     

超细Al(OH)3粉体抑制甲烷爆炸的实验研究

粉体材料能够有效地抑制矿井瓦斯爆炸,其粒径越小,抑爆作用越明显,但对于不同浓度的甲烷和空气混合气体而言,粉体材料抑制爆炸的效果不同.文中采用20 L球形不锈钢爆炸罐试验系统,考察粒径1.3μm超细Al(OH)3粉体对不同浓度的甲烷和空气混合气体的抑爆效果.实验结果表明,超细Al(OH)3粉体对抑制甲烷爆炸有效果,对于不同甲烷浓度的甲烷-空气混合气体,可使其最大爆炸压力平均降低11.08%,最大压力上升速率平均降低66.15%,到达最大爆炸压力的时间平均降低57.53%.研究结果对于超细粉体应用于矿井瓦斯爆炸的控制具有一定的指导意义.     

城市综合管廊燃气爆炸传播特性实验研究

随着中国城镇化建设的快速发展,容纳天然气、供热、给水、电力等多种市政管线于一体的综合管廊已成为保障城市“生命线”运行的重要基础设施。天然气管线作为其中最具威胁的危险源,一旦发生泄漏极易在管廊受限空间内形成易燃易爆气体云,给综合管廊安全运行带来巨大的爆炸风险。为揭示多因素影响下综合管廊复杂受限空间内燃气爆炸传播特性,有效支撑管廊燃气爆炸事故后果评估及安全防护需求,该文使用自主研制的综合管廊燃气爆炸实验系统研究了甲烷体积分数、泄压口和舱内附属设施(燃气管道、配电箱、灭火箱等)对火焰传播过程和超压分布的影响。结果表明：甲烷体积分数为9.5%时爆炸超压达到峰值;与封闭管廊模型相比,综合管廊预设的通风口可以起到较强的泄压作用,超压峰值衰减率达28.4%;燃气舱内附属设施会加速火焰传播过程并导致更大的超压峰值。该研究能为提升综合管廊天然气舱的防灾减灾能力提供理论和技术支撑。     

基于管道爆炸数值模拟的架空天然气管道并行间距研究

从天然气管道失效泄漏引发爆炸现象出发,通过理论分析建立架空管道泄露模型,应用Matlab计算出管道泄露总量中参与爆炸的体积,通过TNT当量法将体积值转化为管道爆炸模型的初始当量。利用Autodyn软件建立管道爆炸物理模型,计算不同并行间距下管道受并行管线爆炸冲击超压及变形量。依据管道椭圆应变准则评定不同并行间距下管道受冲击变形风险。结果表明:架空管线受并行天然气管线爆炸冲击产生的变形破坏为超压破坏和冲量破坏两种形式。架空管道大变形位置为正对爆炸源最近点和背对爆炸源最远点。架空天然气管道安全并行间距:一级和二级风险距离分别为0~2和2~5 m,三级风险距离为5 m以上。将数值模拟结果与理论计算结果对比,验证了该数值计算方法的可行性。     

烟丝在水平管气力输送过程中系统压降的研究

考察了烤烟烟丝（宜阳X3F）、膨胀烟丝在水平管气力输送过程中表观气速、料气比及管道直径对系统压降的影响．试验结果表明：系统压降随管长、表观气速及料气比的增加而增加;在相同进料情况下,直管压降随着表观气速的增加而增加;在相同表观气速下,直管压降随着料气比的增加而增加．通过分析,给出了计算烟丝在气力输送过程中直管压降及阻力系数的经验公式．     

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。     

中尺度管道内瓦斯爆燃压力火焰传播特性初步研究

以华北科技学院瓦斯爆炸实验室为实验平台,自行研制了一套火焰信号采集系统,对瓦斯爆燃过程中的前驱冲击波和火焰传播特性进行了研究。在相同的初始条件下分别进行了破膜和固壁反射两种工况下的压力火焰传播特性实验。结果表明:爆炸激波管反射端不同的边界约束,较弱的膜片(类似于泄爆膜片)和固壁(强约束)对冲击波和火焰的反射作用效果不同,根据超压大小,可判断膜片泄爆可更好地减小冲击波峰值和持续时间。火焰面宽度和速度有不可重复性特征,说明了中尺度管道爆燃火焰呈现了湍流不稳定性,也验证了DDT过程是非定常的。     

预混气体爆炸超压实验研究

对预混气体在圆形管道内的爆炸过程进行了实验研究,根据实验结果将超压的变化过程分为4个阶段.前驱冲击波阶段超压上升曲线比较规则,且压力上升速率逐渐增加,离点火处越远压力上升速率增加得越快.介绍了最大超压在时间和空间上的变化规律.尽管二次超压的峰值相对较小,但作用时间长,且有些二次超压过程中的超压上升幅度甚至超过了某些爆炸环境下的最大超压值.对爆燃转爆轰过程(DDT)进行了初步研究,实验能够记录爆燃转爆轰这种快速转变的过程.建议在设计非密闭的管道或矿道时要充分考虑二次超压的破坏作用和高活性可燃气体的影响.     

光纤瓦斯转换装置及其在瓦斯抽采发电中的应用

设计了一种甲烷测量装置。该装置采用锯齿波调制的DFB激光器作为检测光源,利用光谱吸收的原理,实现对甲烷浓度的实时检测等功能。具有测量精度高,抗干扰能力强,使用寿命长等特点。本文首次报告了光纤瓦斯检测装置在煤矿瓦斯抽采监测方面的现场监测结果。     

微细通道中甲烷预混火焰传播的实验

对微细通道中甲烷/氧气(空气)预混火焰传播现象进行了实验研究。确定了火焰能够在细管中稳定传播的当量比极限,以及在不同甲烷百分比下火焰的传播速度。结果表明:在室温条件下,甲烷和氧气预混火焰可以在细管中稳定地停留在一点燃烧,并且可以很好地控制其移动;相反,对于甲烷和空气的预混气体,即便环境温度在1 100K以上,也不能在微细通道中得到稳定的火焰。在同一甲烷流量下存在着两个当量比极限。在这两个当量比之间,火焰可以进入细管传播。在较小气体流量下,当氧气过量时微细通道中甲烷和氧气预混火焰的传播速度与宏观尺度下火焰的传播速度基本相当,随着流量的增加火焰传播速度很明显地增加。     

深孔预裂爆破强化抽放瓦斯的研究

介绍了煤体预裂爆破的机理及深孔预裂爆破抽放瓦斯的工艺试验研究，对预裂爆破抽放效果进行了详细分析，得出了深孔预裂爆破强化抽放瓦斯方法能够大幅度提高煤层瓦斯抽放效果，实现快速抽放的结论。     

内置障碍物连通容器内气体爆炸的火焰传播

利用数值模拟方法,建立连通容器气体爆炸模型,模拟内置障碍物条件下的火焰传播过程。分析障碍物不同阻塞率、位置对连通容器气体爆炸的火焰传播、爆炸压力和强度的影响情况。结果表明:当火焰经过障碍物时,障碍物加速了火焰传播,但不同障碍物条件对整个火焰传播过程的影响有差异。