甲烷,丙烷和甲烷／丙烷混合燃料层流火焰传播速度的测定

实验对甲烷、丙烷和60％甲烷/40％丙烷(气体体积百分数)的火焰传播速度进行了测量。实验在室温和大气压下采用圆管法进行。结果表明,60％甲烷/40％丙烷的层流火焰传播速度在相当宽的当量比范围内,夹于甲烷和丙烷的层流火焰传播速度之间。对这个现象,文章用对火焰传播速度起决定作用的阿仑尼乌兹因子作了粗略的分析。实验还发现,在富燃料区,混合燃料的火焰传播速度将大于甲烷或丙烷的火焰传播速度。     

层流中粉尘的火焰传播速度

建立了筛落式粉尘火焰试验装置和火焰信的号光电测量系统。提出确定火焰前沿位置的“最大斜率切线法”和判定火焰传播稳定性的“相对入射能量法”。测定了硅钙粉和煤粉的火焰传播速度和火焰厚度。结果表明数据合理,测量装置和方法可用于速度范围很宽的粉尘火焰传播研究,用修正的田中达夫模型计算的硅钙粉层流火焰传播速度与实验值接近。     

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。     

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.     

N2对甲烷-空气预混气体爆炸火焰传播稳定性的影响

为了探究N2惰化作用对甲烷-空气预混气体火焰稳定性的影响,利用自主搭建的1m3球形爆炸实验系统,实验研究了球形火焰稳定性及其影响因素。通过研究结果表明,仅改变甲烷浓度：贫燃条件下,热-质扩散不稳定性与流体力学不稳定性的共同作用是火焰前期失稳的主要因素,在甲烷浓度在化学计量比附近时,火焰稳定性最弱;继续增大甲烷浓度,热扩散因素开始制约D-L不稳定性对火焰表面扰动的影响,因此甲烷浓度为13%的火焰稳定性仅略大于10%的甲烷浓度。随着甲烷浓度向爆炸极限靠近时,可以明显观察到火焰上浮,浮力不稳定性成为主导因素。改变氮气添加比：相较于热-质扩散不稳定性,流体力学不稳定性对氮气添加比的变化更为敏感,添加比大于8%时,在流体力学不稳定性影响下,火焰稳定性迅速增强。     

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。     

超细水雾作用下CH4层流火焰传播速度数值研究

层流火焰传播速度(LFPS)是研究分析燃烧与爆炸的关键特征参数,层流火焰速度下降率也是评价各种稀释剂对燃烧抑制效果的常用方法。基于CHEMKIN 17.0中的一维层流预混火焰速度计算模型,定量分析了稀释、潜热冷却、化学抑制对CH4-AIR层流火焰传播速度的影响规律;并考虑了化学当量比变化的影响。研究表明稀释和潜热冷都是降低CH4层流火焰传播速度的主要因素。随着稀释剂浓度的增加,稀释作用对火焰传播速度的影响增大,潜热冷却作用对火焰传播速度的影响减小,化学抑制作用的影响基本不变化,范围在8.8%~10.2%。化学当量比小于1.2时,化学抑制作用会降低火焰传播速度,降低比例在8.1%~9.7%之间;当化学当量比大于1.3时,化学抑制不起作用,甚至促使火焰传播速度的增大。     

影响木材火焰传播速度特征量的实验研究

木材着火时火焰的传播规律将为木材在火灾场景中的行为提供重要参考,分析了木材燃烧的机理和影响木材燃烧时火焰传播速度的特征量,借助于实验的方法,研究了空间方位角和几何尺寸等特征量对火焰传播速度的影响.结果表明,方位角越小,不同尺寸木条火焰传播速度差别越大;火焰传播速度随方位角的增大而增大;木条宽度越大,火焰传播速度越慢.     

惰性气体对甲烷爆炸极限的影响

利用公式△U=-0.1196n/λ计算20℃、0.1MPa、惰性气体处于临界浓度时甲烷爆炸反应形成的温度T2,进而计算了爆炸形成的压力p2.若惰性气体为CO2,则T2=1380K,p2=0.47MPa;若惰性气体为CCl4,则T2=1372K,p2=0.47MPa;若惰性气体为N2,则为T2=1361K,p2=0.46MPa;若惰性气体为Ar,则T2=1354K,p2=0.46MPa;若无惰性气体,甲烷的浓度为爆炸下限,则T2=1341K,p2=0.46MPa.     

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.      

稳燃腔燃烧器的内回流和煤粉浓缩使燃烧稳定

一种新型的稳燃腔煤粉燃烧器已在65—410T／H锅炉中成功地应用,适用的煤种包括烟煤、贫煤和无烟煤,节油、节煤和调峰的效果显．这种燃烧器使火焰稳定和燃烧强化的理论基于以下两个方面：一是燃烧器出口气流有一个良好的空气动力结构,回流区的长度、宽度和回流率大幅度增长;二是改善了颗粒的浓缩特性,不仅在回流边界上聚集较浓的煤粉,而且回流区内有反向的煤粉流,粒径较小,有利于火焰稳定。     

泡沫陶瓷对瓦斯爆炸火焰传播的影响

为了有效抑制煤矿瓦斯爆炸的冲击波,设计加工了断面为200 mm×200 mm的方形爆炸实验管道,实验研究无障碍物条件下瓦斯爆炸火焰传播规律和泡沫陶瓷对瓦斯爆炸火焰传播的影响,并采用高速摄影系统对火焰的传播过程进行了拍摄.实验结果表明,管道内瓦斯爆炸火焰的传播速度和结构不稳定;泡沫陶瓷可以抑制火焰的传播,起到淬熄火焰的作用.研究结果对于防治煤矿瓦斯爆炸具有重要的使用价值和理论意义.     

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.      

非均匀电场对火焰传播速率的影响

在定容燃烧装置上,通过改变加载电压和电极结构形成了不同的非匀强电场,由此研究了电场对预混层流火焰形状和传播速率的影响.结果表明:在非均匀电场下,尖-网电极对应的火焰形状发生了显著变化,尖-柱电极对应的火焰形状变化较小；受离子风的影响,沿电场方向的火焰水平方向传播速率增加,加载电压越大,火焰水平方向传播速率增加得越多；当加载电压为-5 kV、-10kV、-12 kV时,尖-网电极对应的水平方向平均传播速率分别增加了10.4％、23.7％、34.1％,尖-柱电极对应的水平方向平均传播速率分别增加了2.5％、7.5％、8.8％；加载电压相同时,尖-网电极比尖-柱电极对应的火焰水平方向传播速率增加得更多.     

障碍物形状对瓦斯爆炸火焰传播过程的影响

为研究障碍物形状对瓦斯爆炸火爆传播过程的影响,利用水平长直爆炸实验管道,研究了圆形、半圆形、十字圆、四孔圆、挡板和网状共6种形状障碍物对火焰传播速度和瓦斯爆炸超压的影响. 结果表明,瓦斯体积分数为8%时,在半圆形障碍物下火焰传播速度最快,火焰加速诱导的较强激波对未燃气体的作用起到了关键作用,其它形状障碍物条件下火焰传播速度较低;瓦斯体积分数为10%时,火焰整体传播速度较低,四孔圆和挡板形状的障碍物下火焰传播速度最小;激波越过障碍物后受到火焰的影响较小,在不同工况下爆炸超压呈现出相似的分布规律.      

煤粉燃烧火焰着火判据

研究了煤粉火焰着火判断问题 ,提出了基于图像模式识别方法的煤粉着火判别准则 .在单角煤粉炉上 ,做了不同工况的燃烧试验 .对煤粉燃烧火焰着火形状和特性进行了研究分析 ,并推导出两类问题判别函数 ,在此基础上给出了最小距离判别准则 .该判别法模型应用到煤粉火焰燃烧ON/ OFF的判断上 ,通过对试验所采集火焰图像的分析和计算 ,确定模型中的参数 ,得到判据准则 ,所得到的结果具有一定的普适性     

煤层气井有杆泵内煤粉沉积的影响因素分析

依据固液两相流理论,建立了煤层气井煤粉在有杆抽油泵内的数学模型,对煤粉在泵内的运动规律进行了分析,通过求解煤层气井有杆泵内固液两相流模型及仿真分析,得到了煤粉颗粒直径、井液的入泵速度及井液中煤粉颗粒浓度等参数对有杆泵内煤粉沉积的影响,利用固体颗粒在泵筒和柱塞间隙的磨损特性,分析了煤粉对有杆泵使用寿命的影响并给出了延长检泵周期,提高泵的使用寿命的措施。结果表明：有杆泵内下端煤粉浓度较大,分布非常不均匀;有杆泵内煤粉颗粒速度分布不均匀,湍流现象比较严重,煤粉颗粒主要沉积在固定阀入口两侧。煤粉粒径越小、井液入泵速度越大和井液中颗粒浓度越小可减少煤粉在有杆泵内的沉积。在排采的过程中通过连续、稳定、缓慢的降压,减少储层出煤粉;合理调节排采系统的冲程、冲次,通过改变泵的排量提高泵入口的流速,可减小煤粉在有杆泵内的沉积,使进入泵中的煤粉尽量排出泵外进入抽油杆和油管环空,以减少煤粉对有杆泵的影响。