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.     

不同变质程度煤尘云最小点火能试验研究

为研究不同变质程度煤尘云最小点火能特性及其影响因素,选取7种不同变质程度煤尘,采用哈特曼管试验系统,测试不同煤尘云质量浓度c、着火延迟时间t、喷粉压力P下最小点火能E.研究结果表明:不同变质程度煤尘云E值间存在明显界限,变质程度越高,E越大.在同等粒度下,受煤尘颗粒着火氧化速度限制,最佳点火质量浓度随变质程度增高而减小.随t增大,E呈先下降后上升趋势,最佳着火延迟时间在1 s附近,且t比c对褐煤E值影响作用偏大.无烟煤P与E关系曲线呈"漏斗型",最佳喷粉压力随变质程度降低而减小.建立c、t、P耦合条件下无烟煤E的数学模型,由此确定的最佳测试工况(c,t,P)考虑了因素间关联性,理论上比单因素分析结果更接近真实情况.     

彩跑粉基料的爆炸特性实验研究

为研究彩跑粉基料的爆炸特性,实验采用20 L近球形的爆炸系统,从粉尘云浓度、点火延迟时间和初始点火能量3个方面对其进行了实验研究。结果表明:随着初始点火能的增大,彩跑粉基料的最大爆炸压力也会随之增大,初始点火能量的增加会导致彩跑粉基料爆炸威力显著增强;随着点火延迟时间的增加,彩跑粉基料的最大爆炸压力会先增大后减小,存在最佳点火延迟时间,可使彩跑粉基料最大爆炸压力达到峰值,70 g·m~(-3)彩跑粉基料的最佳点火延时是60ms,对应的最大爆炸压力为0. 128 MPa;随粉尘云浓度的增大,彩跑粉基料的最大爆炸压力先增加后减小,彩跑粉基料的爆炸下限浓度为55 g·m~(-3),存在某一浓度,使彩跑粉基料的最大爆炸压力达到峰值,在190 g·m~(-3)浓度时,彩跑粉基料爆炸威力最猛烈,最大爆炸压力达0. 368 MPa.     

水平管道内甲烷爆炸压力传播实验

借助自行研制的瓦斯爆炸水平管道模拟巷道,通过实验研究低浓度瓦斯爆炸特征参数及爆炸压力在水平管道内的传播规律。结果表明：爆炸极限范围内的甲烷气体,在燃爆腔体内（点火段附近）爆炸超压随甲烷浓度的增大呈先增大后减小的趋势;甲烷体积分数为9．4％时,爆炸压力最大,为0．165670MPa,对应时间为76．8ms。在燃爆腔体一扩散管路内,气体爆炸压力峰值呈波动性变化;距点火段3600mm处、体积分数为9．4％的甲烷气体爆炸压力最大,爆炸超压为0．181228MPa。实验中甲烷爆炸超压的体积分数为9．4％。该研究为管道及煤矿巷道瓦斯爆炸事故分析提供了参考。     

抛光工艺中镁铝合金粉燃爆参数分析

采用粉尘云最低着火温度测试装置及20 L球形爆炸实验系统设计研究微米级镁铝合金粉爆炸特性参数。研究结果表明:镁铝合金粉尘云最低着火温度随分散压力的增大呈现先减少后增加的趋势,分散压力工况点对应最低的着火温度随着粒径的减少而出现下移现象;镁铝合金粉存在1个临界质量浓度,当镁铝合金粉尘质量浓度低于临界质量浓度时,其最低着火温度受粉尘质量浓度的影响较大,当粉尘质量浓度大于临界质量浓度时,其最低着火温度受粉尘质量浓度影响较小,镁铝合金粉临界质量浓度为4 540 g/m~3;在同一粒径下爆炸压力随着质量浓度的增加先增大后减小,并存在1个最大爆炸质量浓度使得爆炸压力达到最大值,在1 750 g/m~3粉尘质量浓度下,粒径为502.2,293.6和59.8μm的镁铝合金粉均达到最大的爆炸压力,并在500 g/m~3粉尘质量浓度下,粒径为502.2,293.6和59.8μm镁铝合金粉的极限氧体积分数分别为15%,13%和4%。     

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.     

煤粉对旋转摩擦火花引燃甲烷的影响

参照GB13813搭建了旋转摩擦实验装置,研究摩擦火花引燃甲烷、空气与煤粉混合物的规律.通过高速摄像机和红外热像仪,确定A3钢和钛金属棒在连续摩擦过程中引燃甲烷与空气混合物的是摩擦撞击产生的钛金属火花,而非摩擦热接触面.分别选取三种粒径的褐煤、烟煤和无烟煤粉尘样品,测试煤粉对旋转摩擦火花引燃甲烷与空气混合物的影响规律,发现加入煤粉后甲烷空气混合物着火延迟时间较长.对于同类煤粉,粒径越小爆炸延迟时间越长.对于同一粒径的三种煤粉,着火延迟时间由长到短依次为褐煤、无烟煤、烟煤,其规律与煤粉含水量的多少一致;但未发现和煤挥发分有明显关系.     

煤粉对旋转摩擦火花引燃甲烷的影响

参照GB13813搭建了旋转摩擦实验装置，研究摩擦火花引燃甲烷、空气与煤粉混合物的规律.通过高速摄像机和红外热像仪，确定A3钢和钛金属棒在连续摩擦过程中引燃甲烷与空气混合物的是摩擦撞击产生的钛金属火花，而非摩擦热接触面.分别选取三种粒径的褐煤、烟煤和无烟煤粉尘样品，测试煤粉对旋转摩擦火花引燃甲烷与空气混合物的影响规律，发现加入煤粉后甲烷空气混合物着火延迟时间较长.对于同类煤粉，粒径越小爆炸延迟时间越长.对于同一粒径的三种煤粉，着火延迟时间由长到短依次为褐煤、无烟煤、烟煤，其规律与煤粉含水量的多少一致；但未发现和煤挥发分有明显关系.     

单头部模型燃烧室滑动弧等离子体点火数值仿真研究

针对航空发动机燃烧室内滑动弧等离子体点火的特性,采用数值模拟的方法对航空发动机单头部模型燃烧室进行滑动弧等离子体点火研究,将滑动弧等离子体简化为动态热源,并将滑动弧等离子体点火与电火花点火对比,归纳2种点火方式下燃烧室点火过程中温度分布与火焰演化的规律,总结滑动弧等离子体点火的特性。计算结果表明,电火花点火和滑动弧等离子体点火2种点火方式所能达到的平均温度峰值基本相同。在滑动弧等离子体点火过程中,放电功率为200 W、空气流量为25 m3/h条件下,余气系数为1时,着火延迟时间为224.6 ms;余气系数为2时,着火延迟时间为324.9 ms;余气系数为4时,着火延迟时间为878.7 ms。另外,在放电功率为200 W、余气系数为1的条件下,当空气流量为15 m3/h时,着火延迟时间为194.8 ms;空气流量为35 m3/h时,着火延迟时间为298.9 ms。结果表明着火延迟时间随着余气系数、空气流量的增大而增长。     

电火花作用下粉尘云着火的延迟时间

为确定粉尘云在电火花作用下的着火敏感性,以钛粉为研究介质,通过以电火花能量释放速率为源项的气-粒两相能量守恒方程建立模型,获得了电火花作用下放电火花能量、粉尘粒径、环境氧体积分数、环境温度及湍流程度对粉尘云着火延迟的影响规律.结果表明:粉尘粒径大小对着火延迟的影响最大,越小的颗粒其着火越迅速;环境温度比室温高50~100K时,粉尘着火延迟时间显著缩短;湍流会加速颗粒间换热速度,缩短着火延迟时间;点火能量与环境氧浓度对着火延迟的影响较小.通过模拟计算扩展了实验研究,也为相关粉尘爆炸预防工作提供理论依据.     

纳秒脉冲放电参数对点火性能的影响

基于定容燃烧弹探究纳秒脉冲放电在不同脉冲电压、不同脉冲间隔下的放电特性,比较不同放电参数对甲烷/空气混合气点火成功率和着火延迟的影响.研究结果表明,减小脉冲间隔,可以合理利用脉冲之间的耦合作用,提高放电能量利用率;增大脉冲电压、脉冲数量和减小脉冲间隔可以扩大甲烷/空气混合气的着火界限;增大脉冲电压和减小脉冲间隔均可以有...     

注空气采油油井产出气体燃爆特性

注空气采油工艺过程中存在产出气爆炸等安全问题,在分析产出气-空气混合物爆炸体积分数极限主要影响因素的基础上,利用Le Chatlier公式和图版计算混合物的爆炸体积分数极限,估算临界氧含量,采用圆柱状爆炸容器,在20～90 ℃、0.2～1.2 MPa下对产出气-空气混合物进行燃爆特性试验,确定爆炸体积分数极限范围、临界氧含量及爆炸区域,制定油井氧含量的安全标准.结果表明:可燃产出气的爆炸体积分数极限和临界氧含量受温度、压力、氧含量、点火能量、位置和惰性气体等因素的影响;爆炸范围随温度、压力和氧含量的升高而变宽,危险性增大;临界氧含量随温度、压力的升高而降低;高温高压模拟工况条件下,爆炸范围和氧含量随惰性气体体积分数的增加迅速减小,惰性气体体积分数和氧含量对爆炸体积分数下限影响较小,而对体积分数上限影响很大.     

点火时刻对怠速工况缸内直喷汽油机微粒排放特性的影响

为研究缸内直喷(GDI)汽油机典型工况、怠速工况时的微粒排放特性,在一台4G15缸内直喷汽油机上,通过控制冷却液温度为(80±1)℃、喷油时刻为上止点前310°、过量空气系数为1,研究了点火时刻对缸内直喷汽油机怠速工况微粒粒径分布特性的影响。结果表明:微粒数量浓度和表面积浓度随着点火时刻的提前而增加;微粒数量浓度随粒径分布呈单峰状态,核模态微粒数量浓度粒径分布峰值很小且不明显,积聚模态微粒数量浓度明显高于核模态微粒数量浓度;微粒的体积浓度随点火时刻的提前而增大,核模态微粒体积浓度占总体积浓度的比例随点火时刻的提前而减小。     

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.     

基于CDEM的页岩甲烷原位燃爆压裂数值模拟

甲烷原位燃爆压裂是一种利用原位解析的甲烷气体作为爆源的页岩气储层改造方法。基于连续-非连续单元法(CDEM),结合朗道爆源模型和线弹性拉剪复合断裂本构建立甲烷燃爆压裂数值模型。针对页岩气储层开展直井甲烷燃爆压裂数值模拟,分析燃爆峰值压力、增压速率、初始最小主应力、应力差以及天然裂缝参数对燃爆裂缝扩展的影响。结果表明：甲烷燃爆压裂在井周形成复杂裂缝,随着峰值压力和增压速率的增大以及初始最小主应力的减小,燃爆裂缝扩展范围会增加,其中峰值压力的影响最显著;在应力差的影响下燃爆裂缝范围偏向最大主应力方向,且应力差越大这种偏差越明显;天然裂缝能够增强燃爆压裂效果,其分布密度越大、缝长越长、与最大主应力方向夹角越小,燃爆裂缝扩展范围越大。     

极低浓度甲烷高温氧化宏观参量数值模拟

为了研究极低浓度甲烷的高温氧化特性,通过CHEMKIN模拟软件对甲烷浓度为0.5%、1%、2%、3%、4%的5种极低浓度甲烷气体高温氧化反应进行数值模拟,着重分析高温氧化后压力、温度以及反应物和生成物的变化规律.模拟结果表明,极低浓度甲烷高温氧化过程中,甲烷的体积分数急剧下降;生成的一氧化碳体积分数先急剧上升,然后迅速降低至零.二氧化碳体积分数、温度及压力均急剧上升,然后趋于稳定;且甲烷混合气体高温氧化后二氧化碳体积分数、温度及压力最终值与一氧化碳体积分数的最大值均随着甲烷体积分数的增大而逐渐增大.     

糖粉最大爆炸压力和爆炸下限试验研究

为了研究糖粉最大爆炸压力和爆炸下限与喷粉压力及点火延迟时间之间的影响关系,使用20L球形特殊条件下气体/粉尘爆炸参数试验装置进行糖粉爆炸试验,结果表明:①通过计算机输出的容器内爆炸压力时间曲线可以将糖粉爆炸过程归纳为5个阶段.②糖粉最大爆炸压力受点火延迟时间、喷粉压力共同作用影响.设定喷粉压力为1.5 MPa,糖粉最大...     

气体钻井井下燃爆分析

与常规钻井相比,气体钻井在提高机械钻速、发现和保护油气藏等方面优势明显,由于负压钻进时,地层流体极易进入井筒,地层产出的可燃气体和氧气混合后具有燃烧、爆炸的潜在危险,容易发生严重的灾害性事故,在气体钻井应用中往往需要充分预测和评估钻遇气层的危险程度并提前采取应对措施。结合气体钻井实际施工情况,简要介绍了气体钻井过程中井下燃爆方面的研究进展,分析了气体钻井过程中可燃气体发生燃爆的条件。并从混合可燃气体组成、温度、压力,以及惰性气体含量等几个方面,展开论述了爆炸极限的主要影响因素。依据经验公式计算了某井气体钻井过程中可燃气体爆炸极限的变化情况,得出可燃气体下限值随井深增加略有减小,可燃气体上限值随井深增加明显增大的结论。结合该井实际施工情况,验证了计算的可靠性,可以看出氮气钻井过程中的氧含量安全范围很窄（2.43%4.20%）。     

过量空气系数对微细腔内氢气预混燃烧效率的影响

针对微型涡轮气体发动机燃烧效率和停留期等问题，设计了一套微细环型腔燃烧实验装置．进行了氢气与空气预混燃烧特性实验，测试并获得了微细环型腔内燃烧效率和着火浓度极限，分析了燃气浓度比对燃烧状况的影响．结果表明，在微细型腔内进行可燃气体与空气的预混燃烧具有可行性，但由于微细通道管壁表面散热损失相对增大，火焰传播速度减小，过量空气燃烧效率较低．实验发现，在微细燃烧装置中，富燃料燃烧时燃烧效率相对较低．在相同系数下，燃烧效率先是随氢气量的增大而增大，而后随之下降．在相同的供氢量条件下，燃烧效率随过量空气系数的增大先是增大，而后则随之减小．     

锰粉尘云最低着火温度的实验研究

利用G-G恒温炉分别测试了分散压力、质量浓度及惰性粉体对锰粉尘云最低着火温度的影响。结果表明:最低着火温度随分散压力的增大先降低后升高,得到分散压力为0.05 MPa时最有利于锰粉尘云的燃烧,对应的最低着火温度为496℃。最低着火温度随质量浓度的增加呈现先降低后升高趋势,测得最敏感浓度为2.272 g/L,对应的最低着火温度值最小为466℃。采用新的方法,通过改变惰性粉体的粒度来研究对最小点火能影响可以发现:最低着火温度随二氧化硅粒度的减小而升高;粒度一定质量浓度越大对锰粉尘云的燃烧抑制效果越明显。