煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限的影响研究

瓦斯和煤尘复合爆炸是煤矿井下爆炸灾害的主要形式之一,研究瓦斯/煤尘复合爆炸下限变化规律,是有效防治煤矿爆炸灾害的必备条件。为研究煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限的影响,特选用2种组分不同的煤尘(烟煤和无烟煤)。依据EN 14034标准,使用10 kJ化学点火头在标准20L球形爆炸容器中,分别对2种煤尘的最小爆炸浓度、相同试验条件下的瓦斯爆炸下限以及煤尘与瓦斯的复合爆炸下限进行了测量。试验测得烟煤和无烟煤的最小爆炸浓度分别为50 g/m^3和70 g/m^3,瓦斯爆炸下限为4%。当煤尘中分别通入1%、2%、3%、4%的瓦斯后,烟煤最小爆炸浓度分别降低至40、20、5、0 g/m^3,无烟煤最小爆炸浓度分别降低至50、20、5、0 g/m^3。基于上述测量结果,对比分析了煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限变化规律的影响,并探讨了Le Chatelier、Bartknecht、Jiang等气粉复合爆炸下限预测模型对瓦斯/煤尘复合体系的适用性。结果表明:2种煤尘的最小爆炸浓度均随瓦斯浓度的增大而降低,但挥发分含量低的煤尘降幅更大,即瓦斯对低挥发分煤尘最小爆炸浓度的影响更为显著。Jiang模型预测值远远偏离实际测量值;Le Chatelier模型预测值高于实际测量值,且误差随瓦斯浓度的增大而增大;Bartknecht模型适用性相对较好,且更适用于低挥发分瓦斯/煤尘复合体系。     

负压环境下飞轮造雾系统雾化特性试验研究

为了探究负压环境下飞轮造雾系统的雾化特性,利用FLUENT软件对该系统简化非稳态三维流场进行模拟,并在模拟的基础上搭建实验台进行试验研究。利用LS-2000分体式激光粒度分析仪测量系统出口雾滴索泰尔平均直径,分析负压环境下不同飞轮转速和个数对雾滴平均直径、雾通量和雾场最大射程的影响。结果表明:随着飞轮转速增大,雾滴索泰尔平均直径先减小后增大,转速为1 200 r/min时雾滴平均粒径达到最小值,为88.6μm;雾通量随飞轮转速增大而逐渐增大,而雾场最大射程呈现出先减小后增大的变化趋势;随着加装飞轮个数增多,雾通量增大趋势明显,而对雾滴平均直径影响不明显。     

防爆门质量对瓦斯爆燃泄爆特性影响实验研究

对透明玻璃空腔中的甲烷-空气预混气体爆燃的泄爆过程进行了实验研究。通过在腔体顶部安装不同质量的防爆门,对预混可燃气体的爆燃压力、火焰速度等参数进行了测量,分析了防爆门在开启过程中火焰结构、爆燃压力和火焰传播速度随时间的变化规律。结果表明:防爆门质量越大,腔体内部的爆燃超压越高,开启防爆门所需时间越长,火焰锋面传播速度的峰值也越大。此外,与质量对称防爆门相比,质量不对称防爆门在泄爆过程中的开启时刻和火焰速度达到最大值时刻均更为提前。     

微型自由活塞发动机发电系统催化燃烧特性研究

为了解催化对微型发动机燃烧室内甲烷燃烧特性的影响,采用甲烷和空气的预混合气体,对在活塞上表面和燃烧室顶部涂有Pt-La/γ-Al2O3催化剂的微型发动机的催化燃烧特性进行了实验研究及数值模拟,对比分析了有、无催化燃烧时微型发动机的燃烧特性。结果表明:催化燃烧可以提高燃烧效率,着火时刻会有大幅度的提前,微型发动机具有更高的输出功率和能量密度;催化燃烧可以降低燃料的着火温度,扩展微燃烧的可燃界限。     

预混气体爆炸火焰与压力的耦合振荡特性

为研究预混气体爆炸火焰和压力的耦合振荡特性,自行搭建了尺寸为80 mm×80 mm×1000 mm透明有机玻璃爆炸管道实验平台。实验结果表明,在氧气浓度E和泄爆面积比S变化的条件下,会对CH4/O2/N2预混气体爆炸火焰与压力的耦合振荡产生影响。当氧气浓度E从0.21到0.40变化时,火焰传播时间逐渐缩短,火焰结构发生动态演变,火焰后期的振荡现象愈加明显,同时测到的压力曲线在后期也存在振荡增强现象;当泄爆面积比S从0.125到1.000变化时,E=0.21工况下S=0.125和S=0.250两个工况与其他工况的压力曲线有所不同,出现了一个更高的压力峰值,E=0.30工况下S=0.125也出现了新的压力峰值,E=0.30和E=0.40两种工况的压力峰值都逐渐减小,压力后期的振荡幅值与泄爆面积比有关。     

小尺度受限空间内瓦斯爆燃的动态特性

为获得包括瓦斯爆燃点火初期、火焰加速、减速及二次加速过程中动态火焰微细结构及其与超压之间的相互关系,实验研究了小尺度受限空间内瓦斯爆燃火焰形状、火焰锋面位置、火焰速度及超压等动态特性.研究结果表明,在无障碍物条件下,火焰锋面光滑,火焰形状由"半球"状逐渐演变为"手指"状;而有障碍物条件下,火焰锋面出现明显褶皱和湍流现象,其火焰速度经历两次加速和一次减速过程,最大火焰速度达112m/s,与无障碍物条件下最大值相比增幅为124%;当火焰锋面经过障碍物后即将重新汇合时,出现8.5kPa的最大超压,与无障碍物条件下的最大值相比增幅为118%.     

小尺度受限空间内瓦斯湍流爆燃大涡模拟

构建了150 mm × 150 mm × 500 mm小尺度受限空间三维模型,基于火焰表面密度模型和Charlette湍流燃烧模型,对两侧连续障碍物条件下瓦斯爆燃火焰与湍流耦合过程进行了大涡模拟(LES)。模拟结果均与实验结果进行了比较。结果表明:大涡模拟可以很好预测瓦斯爆燃过程中的火焰结构、火焰锋面位置、火焰传播速度及超压,验证了大涡模拟及湍流燃烧模型对于瓦斯爆燃的适用性。此外,通过Karlovitz数定量描述了瓦斯爆燃火焰与湍流之间的相互作用及其变化规律,并对不同时刻的火焰模态进行了判别,在两侧连续障碍物条件下瓦斯湍流爆燃火焰先后经历波纹小火焰和薄反应区两种模态。     

多孔金属抑制管道燃气爆炸特性的实验研究

针对管道燃气爆炸进行多孔金属抑爆特性的实验研究,重点分析了多孔金属对管道燃气爆炸火焰传播和爆炸压力等特征参数的影响规律。实验结果表明,当管道中放置多孔金属时,管道燃气爆炸火焰无法穿过多孔金属,即管道燃气爆炸火焰发生了淬熄抑爆效果;随着多孔金属孔隙率增大,上游爆炸压力上升趋势十分缓慢,下游爆炸压力有明显上升趋势。     

极压条件下水基纳米液压液抗磨减摩特性

采用分子模拟方法,研究不同压力、剪切速度、纳米颗粒浓度、温度条件下水基纳米液压液在动力学模型中的流动特性、承载能力和抗磨减摩特性。结果表明:纳米流体承载能力随纳米颗粒浓度的增加而增大;随着负载的增加,基础流体和纳米流体均会发生固化现象,但是纳米流体的过渡压力大于基础流体;壁面间摩擦力在一定范围内会随着纳米颗粒浓度的增大而减小,但过大的纳米颗粒浓度将导致摩擦加剧;纳米流体温度过高将导致壁面间摩擦力急剧升高;水基纳米液压液抗磨减摩机理主要在于纳米颗粒将滑动摩擦转化为滚动摩擦。     

多翼离心风机CFD分析及参数优化设计

利用CFD分析软件FLUENT对多翼离心风机内部三维流场进行数值模拟,数值结果与五孔探针实验数据吻合较好.在此基础上建立多翼离心式风机参数化模型,并说明不同出口截面尺寸条件下CFD分析方法的风机参数优化设计过程.