细水雾在低浓度瓦斯输送管道中沉降规律的研究

 摘要：低浓度瓦斯输送细水雾安全保护系统是一项新兴技术。然而细水雾在低浓度瓦斯输送管道中受到附加质量力、拖拽阻力和热泳力等作用而沉降,使得细水雾的浓度降低而直接影响低浓度瓦斯的安全输送。本研究通过对细水雾颗粒沉降运动轨迹的理论分析得到细水雾颗粒在瓦斯流场中的力平衡方程,并从试验中得到在距喷嘴0.25m处细水雾的沉降速率明显大于其它位置,当瓦斯流场速度大于1m/s时,细水雾颗粒沉降速率随着输送距离的增加逐渐降低;对既定测试位置,细水雾沉降速率随着瓦斯流场速度的增大先降低后升高。其研究结果对低浓度瓦斯细水雾安全输送保护系统的设计及工程应用有一定的参考价值。     

瓦斯输送管道内细水雾颗粒运动及沉积模拟研究

通过建立瓦斯气体流动模型、细水雾颗粒运动模型,在拉格朗日框架下对细水雾颗粒在瓦斯输送管道内的运动及沉积过程进行追踪。对数值模拟结果分析可知,混合流场在喷嘴两侧分别作顺时针、逆时针运动;细水雾颗粒沉积率在1.5m处达到最大值,在5m以后基本处于稳定状态。通过研究分析,为认识细水雾的运动及沉积规律,解决输送管道内喷嘴安装距离问题提供了一定的理论依据。     

煤矿瓦斯细水雾输送及发电技术成果通过鉴定

近日，淮南矿业集团“煤矿瓦斯细水雾输送及发电技术”通过鉴定。专家认为，这项成果在煤矿安全生产和瓦斯利用方面填补了国内外空白，其技术达到国际先进水平。     

细水雾抑制管道瓦斯爆炸的实验研究

在搭建细水雾抑制管道瓦斯爆炸的小尺寸实验平台和阐明瓦斯爆炸传播机理的基础上,研究细水雾抑制管道瓦斯爆炸的有效性,并对其进行定性、定量分析。研究发现：在水雾足量的情况下,细水雾能有效抑制管道瓦斯爆炸的传播速度、降低火焰温度,并能改变火焰图像特性;瓦斯浓度较高或雾通量不足时,细水雾将通过助燃促进瓦斯爆炸的产生。     

瓦斯-细水雾输送管道90°弯管处压降研究

随着研究的不断深入,低浓度瓦斯-细水雾两相流体管道安全输送技术在煤矿中开始应用。为了弄清瓦斯气体管道输送时局部管件处的压力损失情况,对瓦斯-细水雾输送管道90°弯管处压降情况进行数值模拟和试验研究。结果表明:90°弯管处两相流体的压降随速度的增加而增大;随管径的增大而减小;随弯径比的增大而先减小后增大,最佳弯径比为2.8~3.2。90°弯管处的压降试验验证了数值模拟的结果。     

瓦斯-细水雾输送管道内喷嘴不同布置方式对压降的影响

低浓度瓦斯输送细水雾安全保护系统是一项新兴技术。喷嘴的不同布置方式会对低浓度瓦斯在管道输送过程中的压力降产生一定的影响。以气-液两相流动的均流模型为前提,根据稳定一维流动的基本方程建立水平圆管中气-液两相流动的压降计算关系式;通过数值模拟瓦斯-细水雾混合流体在水平管道中的流动,得出输送管道内喷嘴布置方式与压降的关系。其结果可为动力设备的选型以及安全经济运行提供必要的依据。     

φ700 mm管道细水雾抑制瓦斯爆炸试验研究

为了预防瓦斯在输送和排放管道中的爆炸,在φ700 mm管道进行了细水雾抑制瓦斯爆炸试验。结果表明:在一定水流量和水雾带长度条件下,细水雾能够抑制管道内瓦斯爆炸,抑制瓦斯爆炸距离最短为41.5 m、最长为63.7 m;抑制瓦斯爆炸的最佳喷嘴水流量为5.03 L/min,水雾带长度为33 m;抑制瓦斯爆炸水流量越大,抑制瓦斯爆炸后爆炸压力最大值越小,但喷嘴水流量达到6.19 L/min后,水流量的增加对抑制瓦斯爆炸后爆炸压力最大值影响不明显;细水雾抑制瓦斯爆炸系统安装于管道10~50 m时抑制瓦斯爆炸比较理想。     

一种煤矿低浓度瓦斯安全输送方法的研究与应用

由于煤矿地面抽排的低浓度瓦斯尚无较好的安全输送方法和利用技术而对空排放,浪费资源,污染环境,为此利用"冷壁淬熄"现象理论和细水雾抑火阻爆原理,试验开发了金属波纹带阻火器和细水雾发生器等关键零部件,通过分项试验验证了其阻火和抑制火源产生的效果。在试验基础上提出了一种低浓度瓦斯安全输送方法,经煤矿现场使用,验证了其可靠性,为低浓度瓦斯利用提供了一种技术保障。     

煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障技术

随着加快矿井瓦斯抽采利用,低浓度瓦斯,特别是浓度在5%～16%爆燃极限内的瓦斯输送的安全隐患凸显。自动阻爆装置、水封阻火泄爆装置、自动抑爆装置等一系列技术装备为煤矿低浓度瓦斯管道输送安全提供了保障。     

瓦斯输送管道自动抑爆技术

为了提高瓦斯输送管道的安全性,在矿井瓦斯输送管道中引入自动抑爆技术,将火焰探测技术与自动喷洒控制技术相结合,实现瓦斯输送管道的主动抑爆。选取CO2灭火剂为抑爆喷洒的灭火介质,进一步提高了抑爆系统的可靠性与灭火质量。通过实验室模拟试验证明抑爆装置能够快速捕捉火焰信息并迅速喷洒灭火介质,抑爆喷洒器6 m外无火焰信息。     

荷电细水雾抑制瓦斯爆炸实验研究

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸的抑制效果以及抑爆机理,根据静电感应原理,自行设计了小尺寸的荷电细水雾发生装置,并开展了荷电细水雾抑制瓦斯爆炸的实验研究。实验分析了在不同荷电极性、荷电电压以及雾通量下,荷电细水雾对瓦斯爆炸压力和火焰传播速度的影响。结果表明:荷电细水雾较普通细水雾能更有效地降低瓦斯爆炸压力峰值以及火焰传播速度,且随着荷电电压的增大,荷电细水雾的抑爆效果显著增强。同时荷负电荷的细水雾较荷正电荷的细水雾抑爆效果更好。当荷电电压为8 k V时,荷电细水雾使瓦斯爆炸压力峰值下降64.7%,升压速率下降33.03%,火焰传播速度下降34.9%。     

Performance assessment of water mist applied in gas burning suppression in underground coal mine

The main objective of the present study was introduced water mist suppression technology to prevent and control gas burning which occurred during drilling at Wu20160 working-face in No.10 coal mine of Pingdingshan Ltd.. Based on the self-developed experiment platform, a series of fire suppression tests to evaluate the performance of a water mist system were conducted. The detailed measurements of the spray characteristics, i.e., the Sauter Mean Diameter （SMD）, the velocity and spray angle which are the main parameters considered in the study, were obtained by using LS-2000 Sizer. The amount of water consumed and the water flux density distribution over the cross section downstream the nozzle exit were measured by cup collector method. The operating pressure of the water mist nozzle is set to 0.5 MPa, the droplet SMD of 104 pm, the water flux density distribution from 0.71 to 8.47 L/（m^2·min）, the average velocity of 2.14 m/s. The experimental results show that the averaged time required for extinguishment is 3.14 s, and the corresponding amount of water used during fire test is about 0.11 kg. The gas fire suppression system reduces the temperature in combustion chamber of the experimental apparatus below the ignition point of the gas, which can effectively avoid the occurrence of the gas fire in coal mine.     

二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸的实验研究

为了研究受限空间内二氧化碳-超细水雾对甲烷爆炸的影响,通过自行设计的120mm×120mm×840mm半封闭透明的甲烷爆炸实验台,开展不同气雾比二氧化碳-超细水雾对化学当量比甲烷-空气预混气体的抑爆研究。实验结果表明：二氧化碳和超细水雾结合的抑爆效果要优于单独使用任何一种抑制剂效果之和;CO2体积分数一定的情况下,甲烷气体的爆炸压力、压升速率和爆炸火焰的传播速度均随着超细水雾体积量的增加而明显减小。当单独加入体积分数为2%CO2和1.4mL超细水雾时,两种工况下压力峰值下降之和为72.3mbar;而在两者共同作用下,9.5%甲烷爆炸的超压峰值下降了92.95mbar,说明二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸时具有协同效应。     

低浓度瓦斯输送管道内喷嘴安装角度研究

通过建立瓦斯流场和细水雾流场叠加的数学模型,在拉格朗日框架下,从细水雾流场在瓦斯输送管道内的均布长度(单喷嘴喷射时细水雾流场均匀布满管道的长度)和混合流场的压降情况两个方面,对不同的喷嘴安装角度进行研究。研究表明,喷嘴0°安装时,细水雾的均布长度和混合流场的压降均优于喷嘴180°安装。所得研究成果为认识混合流场的流动特性,解决输送管道内喷嘴与喷嘴之间的安装距离及喷嘴的安装角度等问题提供了一定的理论依据。     

含复合添加剂细水雾熄灭煤油池火实验

在标准受限空间内使用含复合添加剂细水雾和纯细水雾进行熄灭煤油池火的对比实验,通过细水雾吸热功率和火源平均功率之比、灭火时间、火焰温度以及烟气浓度对含复合添加剂细水雾熄灭煤油池火的机理和有效性进行了分析.实验研究表明：复合添加剂弥补了细水雾单纯依靠物理作用灭火的不足,可以在较小的细水雾吸热功率和火源平均功率比值情况下灭火,大幅减小用水量,降低水渍损失,相对于纯细水雾提高了灭火性能和效率.     

超细水雾雾化方式对甲烷爆炸过程影响的实验研究

通过可视化实验对超细水雾作用下的爆炸过程进行研究,采用两种雾化方式产生超细水雾并借助PDPA实现确定水雾参数下的爆炸影响研究,发现超细水雾将导致爆炸产生增强与抑制两种相反的作用结果;超细水雾通过影响火焰阵面结构间接影响爆炸强度,而超细水雾对火焰阵面的影响程度与水雾参数(水雾粒径、速度和水雾浓度)有关;受超细水雾作用后的火焰分为4种结构,为有效实现爆炸抑制,应使其为小尺度湍流火焰,实现良好的热量交换且不引起明显的火焰面结构变化。同时,压力上升与火焰传播是相对应的,爆炸压力、压力上升速率曲线双峰值和火焰传播速度受水雾参数的影响显著。     

超细水雾增强与抑制甲烷/空气爆炸的机理分析

通过数值模拟方法对密闭容器内部超细水雾与甲烷/空气爆炸火焰的相互作用机理进行研究。采用大涡模型和部分预混燃烧模型分别对爆炸火焰流场和甲烷/空气燃烧过程进行计算;利用欧拉-拉格朗日方法对连续相和离散相方程进行耦合求解,实现气液两相间的质量、动量和能量的传递。通过实验验证了模型的准确性,并详细分析了水雾导致爆炸增强与抑制的机理。结果表明:水雾吸收的汽化潜热大于显热,且两者均远大于液滴的动量吸收作用;水雾吸热和汽化膨胀两种效应的共同作用导致增强和抑制爆炸两种相反的结果,液滴粒径、速度和水雾质量浓度将影响火焰面的温度、导温系数、脉动速度和湍流尺度,进而影响火焰传播速度和容器内部的热增速率。