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.     

巷道瓦斯爆轰衰减规律及参数分析

应用爆轰理论、爆炸力学和爆轰物理学等基本理论和方法，建立了掘进巷道瓦斯爆轰的物理模型和一维不定常流动的数学关系式．目的在于利用瓦斯爆轰的波强度变化方程研究掘进巷道瓦斯爆轰的衰减规律．通过推导认为平面爆轰渡衰减迹线有渐近线，但却不能在有限距离内转变为C-J爆轰状态，而柱面和球面散心强爆轰波却可以在某个有限距离内衰减到C-J状态，文中推导了这个有限距离．另外，掘进巷道瓦斯爆轰波传播过程中，可以根据已知波前状态参数推导出能表征爆轰衰减规律的超压表达式，同时利用Hugoniot曲线对超压的衰减进行了描述，图2，参9．     

爆炸喷涂爆炸波参数数值计算

对爆炸喷涂燃烧室爆轰波的形成及爆轰产物热力学及动力学参数进行了数值计算．结果表明，爆炸喷涂气相爆轰系统爆轰特性主要取决于气相系统的选择和初始混合气体配比．C2H2 O2气相爆轰系统更适合于喷涂高熔点的陶瓷、金属陶瓷及纳米复合陶瓷粉体，其最优化工艺参数应该选择在零氧平衡附近．而H2 O2气相爆轰系统则适用于喷涂低熔点的金属及其合金，金属粉体的熔点越高，最优化参数越接近于零氧平衡点．     

浓度梯度对瓦斯爆炸影响的数值模拟

针对煤矿巷道中存在瓦斯浓度梯度的问题,基于时间上的TVD Runge-Kutta格式,空间上的5阶加权本质无振荡(WENO)格式离散控制方程组,自主研发了高精度大规模的并行计算程序. 利用该程序模拟了煤矿巷道中的爆轰波的传播过程. 研究结果得出了纵向和横向浓度梯度对瓦斯爆炸的影响规律,模拟结果与理论分析结果基本吻合.      

高瓦斯矿井独头掘进巷道火灾和瓦斯爆炸事故的处理

本文详细说明了掘进巷道事故特点,阐述了高瓦斯矿井在掘进巷道中发生火灾和瓦斯爆炸事故后应采取的措施和处理的原则。     

掘进巷道瓦斯爆炸后巷道内空气温度时空分布

为了得出煤矿井下独头掘进巷道发生瓦斯爆炸后形成的空气热环境,对爆炸后巷道内部空气温度的时空分布规律进行了研究。基于气体方程、爆炸波的动力学和功能原理建立了爆炸产生的超压和温度之间的关系式,通过对超压模型的建立和求解,以及结合爆炸实验数据,得出了较为可靠的爆炸后瞬间巷道内空气温度随传播距离的分布规律。基于瓦斯爆炸发生后伴随有非定常、质量和热量传递等物理现象,建立质量、动量、能量控制方程组,将所求得的爆炸后瞬间巷道内空气温度作为一种初始条件,应用RNG kε数学模型进行求解。得到了不同体积浓度瓦斯爆炸后巷道内部空气温度的时空分布规律。研究瓦斯爆炸后巷道内部空气温度时空变化规律对于明确瓦斯爆炸诱发次生火灾或次生爆炸的机理具有重要意义,可为制定相关的灾防措施提供帮助。     

掘进巷道瓦斯爆炸动态数学模型及数值分析

根据爆炸力学、爆炸动力学和热力学理论,建立了瓦斯爆炸流场三维动态数学模型.通过实验和理论分析,研究了动态模型边界条件的确定方法,并采用TVD格式数值方法对三维数学模型进行了数值解析.数值分析结果表明,当燃烧区压力大到趋于爆轰状态时,爆炸及其影响区域障碍物附近的压力上升显著,速度场发生显著变化,燃烧区及非燃烧区均有障碍物的激励效应存在.     

煤矿瓦斯爆炸参数的突变与混沌研究

煤矿发生瓦斯爆炸的过程实质是井下气体状态发生突变的过程，本文首先采用突变理论建立了瓦斯爆炸数学模型，然后利用混沌理论和方法分析计算了有关瓦斯爆炸安全参数及条件，得到了瓦斯感应期，引爆参数等随井下条件的不同具有一定的混沌性质，理论上证明一些新的结论并验证了一些实验结果，为理论分析和实践提供了理论依据。     

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.     

基于SD_Toolbox和Cantera的气体C-J爆轰参数计算及规律分析

为研究混合气体爆轰问题,通过利用冲击爆轰专业计算工具箱SD_Toolbox和开源的化学反应动力学计算代码Cantera研究了气体C-J爆轰参数计算方法与规律。结果表明:将SD_Toolbox和Cantera耦合可以进行混合气体爆轰问题的C-J爆轰参数计算;以H_2/O_2、CH4/O_2和C_2H_2/O_2三种不同的混合气体组分为例,在化学反应比初始条件下,分别计算了其C-J爆轰参数;通过与文献中结果的比较,验证了计算的准确性。可见,基于SD_Toolbox和Cantera可以进行气体C-J爆轰参数规律分析,包括初始温度、初始压力和爆炸气体浓度对爆轰产物压力、密度、温度和爆轰波速的影响规律等。     

气相爆轰动力学特征研究进展

爆轰胞格结构尺寸、爆轰极限、爆轰临界直径和直接起爆形成爆轰的临界能量的研究,是气相爆轰物理的基础,也是确定气相爆轰动力学特征的依据,更是控制事故发生、发展的重要指标.通过对其开展研究能够深入描述气相爆轰形成机理、状态量化以及传播规律,从而将有利于推动气相爆轰物理研究从宏观向微观发展.此外,通过开展气相爆轰动力学特征的系统研究,对于化工、石化、煤炭等行业爆炸事故预防与防护具有直接指导意义,也是工业爆炸安全主要支撑基础.本文主要综述了国内外对气相爆轰动力学特征的研究进展,探讨了气相爆轰研究的方向和发展趋势.     

采用泄爆管泄放气体爆炸的数值模拟

采用k-ε湍流模型和涡耗散概念模型（EDC）,建立泄爆管泄放气体爆炸的模型,并模拟泄爆过程中火焰的传播过程。分析点火位置、泄爆压力（Pv）、泄爆管尺寸和结构对容器内爆炸超压(P_red)和压力上升速率的影响。结果表明:泄爆管内的气体爆炸是导致P_red异常上升的原因;P_red与Pv存在线性递增关系;泄爆管管长的增大或管径的减小均会增大P_red,且管径对其的影响更显著;泄爆管与容器之间采用平滑过渡的方式可降低P_red,但增大平滑过渡半径会使P_red上升;总泄爆面积相同时,采用2根泄爆管可降低P_red,但两管的位置对P_red的影响不显著。     

热液矿床中气相成矿作用

气相成矿作用是人们早已注意的问题 ,但在矿床学研究中没有给予应有的重视。文章从金属成矿物质的气相迁移、气 -液相转变对成矿的作用初步探讨了气相成矿作用问题。提出热液矿床成矿过程中必然存在由于气 -液相转变而产生的氢氧同位素瑞利分馏 ,在应用氢氧同位素示踪热液成矿流体来源时必须考虑成矿流体气 -液相转变引起的同位素分馏效应 ,只有这样才能正确示踪成矿流体的来源 ,合理分析热液矿床的成矿机制。     

基于CFX软件的瓦斯爆炸灾害气体扩散模拟

针对水利水电洞挖工程瓦斯爆炸后灾害气体扩散危险区域的确定问题,采用基于计算流体动力学理论的CFX模拟软件,结合向家坝水利水电站隧洞施工条件,假定第四层排水廊道内两个有代表性的地点作为瓦斯爆炸发生地点,对洞挖工程瓦斯爆炸后气体扩散进行模拟,分析隧洞各时间下不同区域的动态危险性。结果表明,竖井前瓦斯爆炸主要危险区域为第三层排水廊道及第四层排水廊道端头处,而竖井后为三层灌浆廊道及第四层排水廊道端头处,但对作业人员较多的主厂房和四号施工支洞影响均较小。数值模拟结果和理论分析吻合较好,证明所采用的数值模拟方法是有效和可行的。     

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.     

障碍物对瓦斯爆炸火焰锋面参数的影响

在实验室小型模拟巷道的方形管道内,采用自制的微细热电偶和离子电流传感器、压电式压力传感器,测试了有/无障碍物2种情况下在不同位置处浓度为10.17%甲烷空气预混火焰锋面的传播过程中温度、离子电流强度及压力变化情况。实验结果表明,障碍物存在导致火焰锋面的最高温度值略有降低,由靠近点火端位置的1 303.7℃下降到1 234.4℃,远离点火端位置的1 198.7℃下降到902.5℃;离子电流曲线出现了明显的双峰值,强度明显增大,由靠近点火端的146.25nA上升到160nA,远离点火端的432.5nA上升到605nA;火焰锋面前方过早的产生前驱压力波,加速燃烧转爆轰(DDT)过程的提前实现。因此,巷道内应避免障碍物的存在。     

玄武岩纤维布加固钢筋混凝土板的抗爆性能分析

为研究玄武岩纤维布(BFRP)对钢筋混凝土结构的抗爆加固效果,利用LS-DYNA软件建立了空气中接触爆炸条件下BFRP加固钢筋混凝土板的有限元模型.利用流固耦合算法模拟了板的破坏过程,比较了加固前后板的破坏形态、钢筋应力及板底位移,并比较了玄武岩纤维布与碳纤维布(CFRP)的加固效果.发现BFRP能够增强板的刚度,降低...