超细水雾对甲烷-煤尘爆炸过程抑制机理研究

为了研究超细水雾对甲烷-煤尘混合爆炸过程的作用规律，在20 L长方体爆炸装置中进行了抑爆实验.同时基于甲烷气体、雾滴颗粒、煤尘颗粒在受限空间内的蒸发、脱挥发、燃烧过程，建立了超细水雾抑制甲烷-煤尘混合爆炸的数学模型.同实验进行对比可知，数值模拟得到的爆炸压力可准确反映实际爆炸过程.结果表明，超细水雾的加入改变了爆炸的传播规律.与无抑制的甲烷-煤尘混合爆炸相比，加入超细水雾降低了已燃区的气相温度及煤尘颗粒温度，并推迟了火焰阵面沿轴向的传播过程.煤尘颗粒温度分布表明，超细水雾在推迟煤尘颗粒升温过程的同时，反应区煤尘颗粒的中位温度也明显降低.随着超细水雾浓度的不断增加，其对甲烷-煤尘混合爆炸的气相燃烧过程和颗粒脱挥发及燃烧过程的抑制效果也不断增强.研究可为工业生产中甲烷-煤尘爆炸强度预测和水雾抑制提供参考.     

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。     

变埋深条件下土中爆炸成坑效应

为了研究在变埋深情况下,炸药在土中爆炸成坑和伴随的应力波传播规律,利用自由场化爆试验和数值模拟相结合的方法,研究了土中装药不同埋设深度爆炸效应问题,描述了爆炸成坑宏观破坏现象,给出了土中压力和实测波形,并对测试结果进行了分析,得到了土中爆炸成坑的经验公式和压力传播规律。在自由场实验和数值模拟的基础上,得到了变埋深条件下应力波在土中传播规律、爆炸成坑半经验公式、半封闭爆炸阶段弹坑半径预估公式。     

受限空间初始压力对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响

为了探求不同初始压力下瓦斯爆炸的动力学特性,采用详细的瓦斯爆炸链式反应机理(包括53种组分,325个反应),利用软件CHEMKINⅢ,对其中的SENKIN子程序包进行修改,通过数值计算和模拟,得出了在受限空间中不同初始压力对瓦斯爆炸动力学特性的影响。对不同初始压力条件下瓦斯爆炸压力和温度的变化趋势,反应物摩尔分数的变化趋势,致灾性气体的生成及变化趋势做了详细的模拟和分析。计算结果表明:初始压力对瓦斯爆炸温度影响较少,对爆炸压力影响较大;初始压力越大,瓦斯爆炸的引爆时间越短,爆炸强度越大,链式反应中自由基的摩尔分数就越小,所产生的CO摩尔分数越少,而所产生的CO2、NO和NO2摩尔分数就会越多。     

矿井瓦斯爆炸的主要影响因素及原因分析

本文从瓦斯爆炸必须具备三个条件入手,简要的分析了矿井瓦斯爆炸的几个主要的影响因素,比如可燃气体、爆炸性煤尘和惰性气体的混入等情况,以及混合气体的初始温度、压力和引火温度等,论文还对导致瓦斯爆炸事故的直接原因等进行了详细的分析。     

冲击波引起瓦斯爆炸的动力学特性仿真研究

在实验室条件下进行管道内冲击波瓦斯爆炸过程模拟试验,通过模型仿真及分析,研究冲击波引起瓦斯爆炸的动力学特性。结果表明,冲击波速度和压力均经历了一个相似的变化过程,相同的瓦斯浓度范围,燃烧引起爆炸后的有关数据变化较冲击波引起爆炸后的数据变化小;管道长径比的增大,增大了冲击波的传播速度和瓦斯积聚区的压力、速度及温度值,使瓦斯积聚区的反应强度更高,更易于演变成爆炸;初始面上的变化,温度升高与燃烧速率为互长互消的关系,冲击波压力与燃烧速率为激励效应的关系;初始面之后的变化,瓦斯爆炸波传播呈渐强趋势。     

细水雾抑制煤尘与瓦斯爆炸实验

搭建小尺寸细水雾实验平台,用相应管道模拟矿井环境.在阐明煤尘与瓦斯爆炸传播机理的基础上,研究细水雾抑制管道混合物爆炸的有效性,并对其做定性定量的分析研究.研究发现:在细水雾作用下,煤尘与瓦斯的火焰传播速度会相应减小、所测火焰温度有所降低.当混合物爆炸的威力较大时,细水雾对其相关参数影响较弱,应适当增加压力,改变细水雾的物理化学抑制作用,增强灭火特性.实验结论:细水雾抑制煤尘与瓦斯爆炸的研究为煤矿抑爆装置的研制和安装提供了技术支撑.     

煤粒瓦斯解吸实验中的初始有效扩散系数

为研究煤体瓦斯解吸过程瓦斯初始扩散规律,采用理论分析煤粒瓦斯解吸扩散过程,根据扩散方程解析得到瓦斯初始有效扩散系数和扩散动力学参数的近似解计算方法.对振兴二矿煤样进行不同粒径煤样、不同温度条件和不同吸附平衡压力条件下的煤粒瓦斯解吸扩散实验,并计算各种实验状态下的瓦斯初始有效扩散系数和扩散动力学参数.研究结果表明:初始有效扩散系数与吸附平衡压力、温度和煤样粒径呈正相关.不同粒径的煤粒,在压力和温度相同的平衡条件下,煤粒的粒径越大,初始有效扩散系数越大.同一粒径条件下,初始有效扩散系数随温度和吸附平衡压力的升高而增大.而动力学扩散参数则基本随着粒径的减小而增大,随吸附平衡压力和温度的升高而增大.     

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.     

瓦斯煤尘爆炸火焰传播机理的实验测试系统研究

为了研究管道瓦斯煤尘爆炸火焰的传播机理,确定表征瓦斯煤尘爆炸的主要物理量的变化特征,本文构建了瓦斯煤尘爆炸的实验测试系统,主要包括管体系统、爆炸压力及火焰数据测量系统、配气系统、激光器触发延时系统、激光纹影系统、真空舱(实验前抽真空)。气路、数据采集电缆和电源线分别通过相互隔离的沟槽,并与充配气系统集成在控制台。实验段和过渡段均设置专用光学窗口,用于流场显示和光谱测量(组分、温度)。实验测试系统还设计了多通道的压力(压电和压阻传感器)和火焰速度测量和数据采集系统。该实验测试系统能够模拟煤矿内复杂燃烧、爆炸及其传播机理,因此,在煤矿瓦斯爆炸事故,研制阻爆和隔爆设备,勘察事故现场,瓦斯爆炸基础研究等方面,有着较为广泛的应用前景。     

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。     

褐煤煤尘云在不同环境气氛的燃爆特性

为了研究褐煤煤尘云在不同环境气氛的燃爆特性,对褐煤的微观结构(煤质、粒径及形貌)进行表征分析的基础上,分别应用Godbert-Greenwald加热炉和20 L近球形爆炸装置,对褐煤煤尘云最低着火温度和最大爆炸压力等燃爆特性参数开展实验研究,分析了煤尘粒径、点火延迟时间对褐煤-空气燃爆特性的影响,并分析了煤尘浓度、可燃气体体积比对褐煤-甲烷-空气燃爆特性的影响。结果表明:随着煤尘粒径的减小,褐煤煤尘云的最低着火温度单调递减。随着点火延迟时间的增大,褐煤-空气最大爆炸压力先增大后减小。随着煤尘浓度增加,褐煤-甲烷-空气混合物最大爆炸压力Pmm先增大后减小;随着可燃气体体积比的增大,Pmm依次减小。当煤尘浓度为400 g/m3,可燃气体体积比为1∶3时,Pmm达到峰值0.781 MPa.这些参数对煤矿井下电力设备工业过程及表面温度的控制和煤矿井下通风、泄爆、惰化等措施的实施具有参考价值。     

注空气管内原油蒸气爆炸过程数值分析

 在注空气采油生产过程中,必须高度重视可燃油蒸气的爆炸问题。本文借助AutoReaGas气体爆炸模拟软件对注空气管内原油蒸气在高压状态(30MPa)不同初始温度下发生爆炸的过程进行了数值模拟。结果表明,爆炸产生的超压可达450MPa,温度可达2400K,会对油管和井口采气树等设施造成严重破坏;管内爆炸超压值与初始温度关系密切,在爆炸冲击波与反射波未叠加前,初始温度升高会导致爆炸超压的下降,在叠加区域内爆炸初始温度升高会导致爆炸超压的明显升高,750m远处压力基本不再变化;初始温度对爆炸温度影响甚微,初始压力为30MPa时,无论初始温度多大管内温度在距井口600m以后都恢复到初始温度。分析可知,爆炸只会造成充气区域及其附近管段内压力和温度急剧升高,对远场作用不明显。     

水中金属丝电爆炸冲击波一维数值模拟

为了明确水中金属丝电爆炸冲击波的形成机理,基于经典活塞模型,采用相似参数法,引入双人工黏性系数,建立了水中金属丝电爆炸冲击波的一维计算模型。以等离子体放电通道边界膨胀轨迹作为模型唯一的输入参数,得到水中冲击波传播的时间与空间的分布规律,通过与其他文献实验结果的对比,验证了该计算方法的有效性。模拟结果表明,双人工黏性系数法使计算得到的冲击波更符合实际情况。爆炸初始时刻,等离子体放电通道边界膨胀压缩周围水介质产生的冲击波高达GPa级,冲击波压强峰值与径向传播距离的-0.70次幂成正比关系。文中采用的计算方法既不涉及脉冲放电过程以及复杂的放电等离子体物理变化过程,也不涉及放电通道与水的物理化学作用过程,只需根据诊断实验得到放电通道边界膨胀轨迹,即可模拟水中金属丝电爆炸冲击波的产生与传播过程,对工程实践具有重要的指导意义。     

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.      

流态化炭催化剂粉末在非等容管道中的爆炸特性研究

针对炭催化CH4-CO2重整反应体系(炭催化剂+O2+CH4+CO2)易燃易爆的特性,在预热的非等容管道中对流态化粉状炭催化剂爆炸特性进行了实验研究,考察了流态化炭催化剂浓度、挥发分、预热温度、流态化炭催化剂粒径、初始压力等对流态化炭催化剂的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率的影响.研究表明,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率随流态化炭催化剂浓度变化,呈抛物线形式分布;炭材料挥发分越高,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率越大,其对应的最佳爆炸浓度也越低;爆炸装置的初始温度越低,流态化炭催化剂最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率越大,且温度越低流态化炭催化剂最佳爆炸浓度越大;流态化炭催化剂粒径越小,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率越大;随着初始压力的升高,最大爆炸压力以及最大爆炸压力上升速率逐渐升高,且呈线性分布.     

流态化炭催化剂粉末在非等容管道中的爆炸特性研究

针对炭催化CH4-CO2重整反应体系（炭催化剂＋O2＋CH4＋CO2）易燃易爆的特性,在预热的非等容管道中对流态化粉状炭催化剂爆炸特性进行了实验研究,考察了流态化炭催化剂浓度、挥发分、预热温度、流态化炭催化剂粒径、初始压力等对流态化炭催化剂的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率的影响．研究表明,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率随流态化炭催化剂浓度变化,呈抛物线形式分布;炭材料挥发分越高,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率越大,其对应的最佳爆炸浓度也越低;爆炸装置的初始温度越低,流态化炭催化剂最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率越大,且温度越低流态化炭催化剂最佳爆炸浓度越大;流态化炭催化剂粒径越小,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率越大;随着初始压力的升高,最大爆炸压力以及最大爆炸压力上升速率逐渐升高,且呈线性分布．     

单个装药浅层水中沉底爆炸的数值模拟

采用ＡＬＥ算法,对单个装药浅层水中沉底爆炸进行了数值模拟。计算结果与实测结果较好地吻合。根据数值计算结果,分析了爆炸流场中冲击波传播规律;给出了不同时刻水中压力等值面分布,空间不同点压力时程曲线;分析了水底,水面对水中爆炸冲击波传播及对流场压力变化规律的影响。获得了浅层水中爆炸流场参量分布与变化规律的初步认识。     

烟火药爆炸性能的数值模拟

目的　研究烟火药爆炸性能的数值模拟方法,并将计算结果与有关的实验结果进行对比说明其可行性;方法　采用Ｒｅａｌ软件模拟烟火药在密闭定容条件下的反应情况,得到反映烟火药爆炸性能的冲击波初始参数,而后用ＡｕｔｏＲｅａＧａｓ软件模拟烟火药的冲击波在自由场中传播过程,并根据模拟的冲击波超压曲线,获得了烟火药峰值压力处的ＴＮＴ当量; 结果与结论　模拟规律与实测结果有一定可比性,并总结了计算结果误差存在的原因;     

有限空间中温压炸药后燃烧效应的试验研究

为研究温压炸药在有限空间爆炸后燃烧过程的特征和规律,利用密闭爆炸罐模拟有限空间,测量了1种温压炸药和2种传统高爆炸药爆炸场压力、温度,分析了后燃烧效应对爆炸场压力、温度的影响。结果表明,温压炸药后燃烧效应可以增加冲击波后时间段的比冲量;温压炸药后燃烧效应能明显提升爆炸产物温度,使爆炸产物长时间保持在一个较高的温度水平;由比冲量、响应温度峰值以及温度曲线积分值比较结果可得,试验所测温压炸药后燃烧效应强于TNT和钝化太安。