瓦斯爆炸微观动力学及热力学分析

利用密度泛函方法B3LYP/6-31G分别研究瓦斯气体与单重态和三重态氧的反应过程，优化得到各步反应反应物和产物的稳定构型及相应构型参数，计算得到各反应的反应焓变、吉布斯自由能和活化能等.从热力学和动力学角度分析计算结果，并与瓦斯爆炸链式反应机理比较，得到重要中间产物甲醛，以及产物甲醛基、二氧化碳、一氧化碳、水、氢自由基等.     

内因突变诱发煤矸石山喷爆事故的理论分析

针对平顶山煤业集团四矿煤矸石山因喷爆造成的特大事故，运用爆炸动力学中的状态方程和比内能方程对其进行动力特性分析，据此建立了煤矸石山喷爆的动力学模型；并结合化学热力学中的多相组分理论对其喷爆的演化进程进行分析.分析表明:煤矸石山喷爆的发生可以等效地看作是在煤矸石爆炸中心预埋一定当量的炸药，炸药当量随着煤矸石与空气、水发生化学反应程度的不同而发生变化.     

掘进巷道瓦斯爆炸冲击波与巷道壁面作用研究

文章建立了瓦斯爆炸冲击波的管道物理模型,利用Euler形式的动量、质量、能量守恒方程和热力学方程从理论上解析了瓦斯爆炸过程中爆炸冲击波与掘进巷道壁面相互作用中正反射和斜反射时波阵面上的各个参数,并给出了计算公式和简化公式。     

初始温度对瓦斯爆炸特性影响的数值模拟

建立基于总能方程的RNGκ-ε湍流流场模型和基于多种控制机理的分步反应爆炸燃烧模型,以有限体积法求解爆炸流动及反应控制方程。模拟结果清晰的显示了爆炸过程中各参数的流场分布特征。通过对比分析爆炸压力、火焰温度、气体组分变化等特征参数在不同初始温度条件下、不同爆炸反应时刻的发展变化及其原因,得出了相应的变化规律。     

封闭空间水及CO_2对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响分析

运用化学反应动力学理论,采用详细的瓦斯爆炸反应机理,分析了封闭空间内水及CO2对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响。在4种工况条件下,通过数值模拟的手段,分析对比了水及CO2对瓦斯爆炸过程中温度、压力、反应物浓度、自由基浓度以及爆炸过程中生成的部分致灾性气体浓度等变化趋势的影响,找出了水及CO2对瓦斯爆炸反应动力学特性影响的异同。结果表明:CO2在降低瓦斯爆炸的强度方面比水的效果好。     

点火能量对瓦斯爆炸传播的数值模拟研究

管道内瓦斯爆炸的研究对煤矿工业的安全生产具有重要意义。建立基于总能量方程的RNGκ-ε湍流流场模型和基于多种控制机理的分步反应爆炸燃烧模型,以有限体积法求解爆炸流动及反应控制方程,对不同点火能量条件下的瓦斯爆炸传播过程进行数值模拟研究,对爆炸参数研究得:点火能量越大,瓦斯爆炸压力峰值和火焰传播速度越大的传播规律。同时,分析了瓦斯爆炸压力波、爆炸火焰和湍流三者之间的正反馈机制是推动瓦斯爆炸发展过程的重要因素。所得结论为有效预防瓦斯爆炸事故提供了理论依据。     

NH3对甲烷链式爆炸的微观作用机理

为了从分子角度分析NH3在甲烷爆炸过程中的作用,研究NH3对甲烷链式爆炸的微观作用机理,应用Gaussian 09软件,运用密度泛函理论（DFT）的B3LYP/6-31G方法进行相关基元反应的定量分析,并进行了微观热力学和动力学分析,通过假设和验证的过程初步揭示了NH3阻尼甲烷爆炸的微观机理。结果表明：NH3通过与CH4争夺某些关键自由基、OH和关键反应物O2,减少甲烷氧化反应关键自由基和反应物,抑制了甲烷爆炸链发展,从而达到抑爆的目的。     

激波诱导瓦斯爆炸反应动力学计算模型

为解释和验证激波诱导瓦斯爆炸化学反应动力学机理的物理模型和数学模型,将激波诱导瓦斯爆炸反应体系定义为一个理想反应体系,将瓦斯气体定义为仅含甲烷的单组分理想气体,反应体系中的所有化学反应都在激波管中进行。利用CHEMKIN4.1软件中的Normal Incident Shock反应器,运用数值分析和数学物理方程的推导方法,对激波诱导瓦斯爆炸反应动力学机理的数学模型进行了推导、细化和求证。研究结果表明:计算模型中的控制方程组解释了激波管内各反应组分的流动特性沿轴向距离或随时间变化的函数关系,控制方程组的解描述了激波诱导瓦斯爆炸反应动力学的变化过程和变化情况,从而解释和验证了激波诱导瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型。     

煤矸石山爆炸动力学特性研究

在分析影响煤矸石山爆炸因素的基础上,结合状态方程和比内能方程,研究了煤矸石山爆炸机理及动力特性,探讨了煤矸石山爆炸事故的预防对策。在研究煤矸石山爆炸的过程中,应用化学热力学反应理论,对在水蒸气-空气的摩尔比为100、温度为1 000 K、压力比为1的情况下,计算了混合气体的爆炸压力。研究结果可为煤炭生产企业制定煤矸石山自燃爆炸预警措施提供依据,同时也是认识煤矸石山爆炸危险性的基础,为主动预防煤矸石山爆炸具有极其重要的现实意义。     

定容燃烧反应器中瓦斯爆炸反应动力学计算模型

为解释和验证定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型，将定容定质量绝热反应体系定义为一个理想反应体系，反应体系中的所有反应都在定容燃烧反应器中进行，将瓦斯气体定义为仅含甲烷的单组分气体，运用数值分析和数学物理方程的推导方法，以及物理化学研究方法，对定容燃烧反应器中瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型进行了推导、细化和求证，研究结果中方程组的解（温度参数和组分摩尔分数参数）准确的描述了定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸反应动力学的变化过程和变化情况，从而解释和验证了定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型。     

CO对CH_4爆炸及自由基发射光谱特性的影响

为深入研究CO对CH_4爆炸特性的影响并分析其作用机制,采用可燃气体爆炸极限测定装置测定了CO作用下的CH_4爆炸极限参数;结合自主设计、改进的密闭球形爆炸实验测试系统与光谱测量系统获取了CO-CH_4-空气爆炸压力参数,并同步采集爆炸过程3种自由基(H~*,OH~*,CH_2O~*)的瞬态发射光谱参数,通过对比分析CO-CH_4-空气爆炸压力参数与火焰发射光谱强度参数,以宏观-微观相结合的方式评估了CO对CH_4爆炸特性的影响规律。结果表明:少量CO会增大CH_4爆炸危险性,减小其临界氧体积分数,并显著增加惰化混合体系所需的惰性气体量。CO对CH_4爆炸压力的影响主要取决于体系中的氧含量和其自身化学性质,在富氧状态下,CO会加剧预混体系的爆炸强度,随着体系中氧的减少促进作用逐渐减弱,在贫氧条件下则体现出阻尼效应。CO对CH_4爆炸压力参数和3种自由基发射光谱参数的影响规律具有良好的一致性,最大爆炸压力时间光谱强度极值时间的变化规律相互吻合,而自由基开始大量积累的时间与预混体系中可燃气体含量及爆炸强度存在相关性。爆炸强度越大则越早开始积累且积累速度越快,中间产物大量且快速的积累是造成体系爆炸加剧的原因之一。相关数据可加深对多元混合体系爆炸机制的理解,为优选化学抑爆介质、提升相关抑爆效能提供理论基础。即,进一步深入开展以气体燃爆过程中的关键自由基团为直接作用目标的化学抑制剂改性相关研究,通过提高其阻断链式反应进程水平的方式加强其抑爆效能。     

激波管中水对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响

为揭示水对激波诱导瓦斯爆炸反应动力学特性的影响规律,运用化学反应动力学数值分析方法,建立了描述激波诱导瓦斯爆炸反应动力学特性的数学模型,就激波诱导瓦斯爆炸过程中水对爆炸温度、冲击波速度、反应物摩尔分数、自由基摩尔分数及主要致灾性气体摩尔分数变化趋势的影响进行了数值模拟研究与对比分析。研究结果表明:在一定范围内,随着初始混合气体中水含量的升高,激波诱导瓦斯爆炸后,爆炸温度、冲击波速度,以及O自由基、H自由基、CO、NO和NO2等的摩尔分数均依次降低,而CO2的摩尔分数则依次升高。这说明在一定范围内混合气体中含水量的增加,会降低瓦斯爆炸强度,促进CO2的生成,抑制CO,NO及NO2等有毒有害气体的生成,尤其对H自由基和O自由基的抑制作用最为显著。     

水雾粒径对超细水雾抑制甲烷/空气爆炸过程的影响

建立了超细水雾作用下甲烷-空气爆炸过程的三维数值模型,采用大涡模拟模型计算爆炸流场瞬态流动过程;考虑了水雾的蒸发、汽化过程以及气液两相间的质量、动量和热量交换,通过欧拉-拉格朗日模型分别对连续相与离散相进行计算,交替求解离散相与连续相的控制方程实现气液两相间的耦合求解;分析了水雾粒径对爆炸火焰反应区作用程度以及热量交换速率的影响;获得了最佳抑爆粒径并解释了粒径导致抑爆效果差异的原因;水雾粒径通过与火焰反应区的作用程度和蒸发速率影响气液两相间的热量交换速率,进而影响火焰传播速率和爆炸强度;为实现爆炸强度的有效抑制,水雾粒径选取的条件应保证水雾在反应区完全汽化。     

矸石山自燃程度和爆炸的关联分析

为了研究矸石山自燃程度和爆炸的关系,从温度场、物理爆炸、化学爆炸3个方面对矸石山的自燃程度和爆炸关系进行了分析.利用有限元知识和ANSYS模拟软件进行了自燃煤矸石山的瞬态温度场分析和模拟;从物理爆炸的角度对矸石山自燃程度和爆炸关系进行了探讨;利用化学热力学进行了矸石山自燃烟气成分计算,从化学角度对一定环境条件下矸石山自燃程度和爆炸的关系进行了量化分析.结果显示,自燃矸石山的温度从外到内先升高后降低,随自燃程度的加大高温区域近似呈等加范围扩大,最高温大约在距矸石山表面6 m附近;矸石山自燃程度的加剧使其内部形成的空隙和拱形更大更多,雨水充足且达到一定自燃程度条件下,会形成矸石山物理爆炸;温度T≤1 200 K时爆炸混合气体存在一定的爆炸极限,可能发生化学爆炸;温度T＞1 200 K时爆炸混合气体体积很小,爆炸极限几乎不存在,发生化学爆炸的可能性小.     

机械力储能对石墨-磁铁矿体系碳热还原热力学的影响

分析了石墨和磁铁矿的机械活化能, 并就其对碳气化反应及磁铁矿碳热还原反应热力学的影响进行了理论探讨。研究结果表明, 石墨或磁铁矿的储能均可使磁铁矿碳热还原温度降低。磁铁矿的储能对还原热力学的影响方式是直接的, 而石墨的储能对还原热力学的影响是间接的: 石墨储能导致气化反应平衡常数增大, 从而间接影响磁铁矿的碳热还原热力学。另外, 磁铁矿的两个还原反应1/4Fe₃O₄+CO=3/4Fe+CO₂和Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂的转折温度随磁铁矿储能的增加而线性下降, 但不受石墨储能的影响。     

硝酸甲胺中和反应工序爆炸机理探讨

文对水胶炸药生产中硝酸甲胺中和工序发生爆炸事故的机理进行了研究。通过建立动态模型和理论计算,找出了事故发生的直接原因,提出了预防事故发生的方法。     

绿色爆破的爆炸能量转化机制

绿色爆破的本质是提高爆炸能量利用水平，尽量增加与破岩效果相关的有用功，减少有害功、无效功、热损耗和能量的散失。基于热力学原理，初步揭示了爆生气体作用下的爆炸能量转化机理，探究了爆生气体所携带内热能转化做功的阶段、条件、路径、代价和影响因素，建立了包含3次能量分配的爆炸能量转化过程物理力学模型。研究揭示了爆破近区、中区和远区的爆炸能量分布规律，分析了爆炸能量的4种最终主要转化形式：破岩做功、热交换损失、气体泄漏损失和动力学能损失，在此基础上初步探讨了绿色爆破的实现路径。     

粉煤灰胶凝性能的探讨

详细分析了粉煤灰的物理性质、化学性质及物理化学性质对其胶凝性能的影响，并从热力学及水化反应机理等多方面对其胶凝性能进行了较详细的探讨，得出了粉煤灰确实具有较高活性和较强水化反应能力的结论，为粉煤灰利用、特别是为粉煤灰取代部分水泥用作矿山充填胶凝剂提供了理论基础。     

金属硫化矿尘爆炸研究进展

金属硫化矿在工业上广泛应用的同时，在开采、储运等过程中带来了粉尘爆炸的危险，这是由于其包含的硫元素、铁元素化学性质活泼导致的。综述了近年来金属硫化矿尘爆炸的研究进展；具体分析了硫含量、铁含量、粉尘粒径与形状、粉尘质量浓度等因素对爆炸参数的影响，并与硫尘、煤尘爆炸做了对比；利用系统安全学理论，基于本质安全角度，从人（作业人员）-机（金属硫化矿尘）-环境（作业环境）3个方面阐述了预防与控制金属硫化矿尘爆炸的技术要点，并提出了磁黄铁矿掺杂影响、热力学、动力学模型等潜在的金属硫化矿尘爆炸研究方向。金属硫化矿尘爆炸独特的性质将使其成为新的研究热点，得到更深入的研究和应用。     

铵型斜发沸石脱除Pb~(2+)离子的热力学研究

通过实验测定铵型天然斜发沸石对铅离子全交换容量为80.07mmol/100g沸石.用Langmuir吸附等温方程和Freundlich吸附等温方程拟合了吸附等温数据,绘制NH4--pb2+离_子交换等温线以及Kielland图.依据热力学平衡原理,计算出该过程的焓、吉布斯自由能和熵变化.研究表明天然斜发沸石NH4--pb2+离子交换过程可自发进行,且为吸热反应,高温有利于铅离子的交换.