障碍物诱导瓦斯爆炸湍流火焰数值模拟

为了研究障碍物诱导湍流火焰特性,基于150 mm×150 mm×500 mm的小尺度爆炸腔体,在三个障碍物交错放置的条件下,采用预混燃烧模型对瓦斯爆炸过程进行大涡模拟。基于模拟结果,分析了瓦斯爆炸过程中火焰结构、未燃气体流动迹线以及火焰与未燃气体漩涡耦合规律。结果发现:小尺度条件下,障碍物诱导火焰形变,增大火焰面积,提高燃烧速率;在障碍物扰动作用下,未燃预混气体在障碍物形成漩涡,且漩涡尺寸及强度逐渐增大;未燃预混气体漩涡将爆炸火焰卷入其中,形成湍流火焰。     

交错障碍物对瓦斯爆炸影响的实验研究

为了研究交错障碍物对瓦斯爆炸火焰形状、火焰速度及爆炸压力的影响,设计并搭建了150mm×150mm×500mm半封闭透明腔体的瓦斯爆炸实验台,采用化学当量比浓度的甲烷-空气预混气体,并与平行障碍物工况进行了比较.实验结果表明:与平行障碍物相比,交错障碍物明显增强了火焰形变,提高了火焰速度和爆炸压力,其中火焰速度和爆炸压力的提升率最高分别达到78.0%和198%.因此,在实际巷道中,应尽量避免障碍物的交错放置.     

瓦斯爆炸运动火焰生成压力波的数值模拟

从三维N-S方程出发，用TVD格式，对瓦斯爆炸过程中火焰产生压力波的过程进行了数值模拟，在此基础上，模拟了氢氧燃烧驱动的破膜过程以及破膜前后压缩波、稀疏波对火焰阵面的影响，同时，也研究了瓦斯爆炸过程中，压力波、火焰与障碍物的相互作用，数值模拟结果与理论分析吻合较好，从而进一步验证了该程序能处理含有化学反应和复杂管道的预混可燃气体爆炸问题。     

障碍物对瓦斯爆炸过程中火焰和爆炸波的影响

对瓦斯爆炸过程中障碍物对火焰和爆炸波的影响进行了试验研究．结果表明,障碍物对瓦斯爆炸过程中产生的火焰和爆炸波具有重要影响．有障碍物存在时,火焰的传播速度将迅速提高,在２０倍长径比处达到最大值,随后逐渐衰减,直至熄灭．原因是障碍物的存在加剧了火焰传播过程中的湍流现象,而湍流又加速了火焰传播．障碍物的存在使爆炸波的传播曲线变化幅度迅速增大,并可能产生突变界面和马赫数Ｍ≥１的情况,即产生激波,从而增大瓦斯爆炸的威力．因此,应尽量减少矿井巷道中的障碍物．     

环形障碍物对瓦斯爆炸影响的实验研究

研究障碍物对瓦斯爆炸的影响,对预防和减小煤矿巷道内的瓦斯爆炸危害具有重要意义.利用长径比约为70的水平管道式爆炸实验装置,在常温常压下研究环形障碍物的数量、阻塞率和间距对瓦斯爆炸特性的影响.结果表明:障碍物的存在对瓦斯爆炸具有激励作用,其中障碍物的数量和阻塞率激励效果明显,而间距对其影响较小.研究结果对于预防和控制瓦斯...     

瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的模拟研究

在模拟实验和数值计算的基础上 ,研究了瓦斯爆炸过程中火焰传播规律及其加速机理 .研究结果表明 ,障碍物对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律有重要影响 .障碍物的存在将使瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度迅速提高 .瓦斯爆炸时 ,火焰阵面附近温度较高 ,阵面前附近区域温度梯度变化较大 ,阵面后区域的温度变化较小 .障碍物附近温度很快上升到最大值 ,然后由于化学反应结束及管道壁吸热 ,温度开始下降 .在火焰传播通道上设置的障碍物对气相火焰具有加速作用 ,加速作用的机理主要是由于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈造成的     

不同间距障碍物下瓦斯爆炸特性的实验研究

利用自建的模拟煤矿巷道的水平管道式气体爆炸实验系统,在置障条件下对瓦斯爆炸特性进行实验研究,改变内置障碍物的间距,研究其对瓦斯爆炸压力及火焰传播速度的影响规律.结果表明:瓦斯爆炸压力随着障碍物间距的增加呈现缓慢递增的变化规律;而火焰传播速度也随着障碍物间距的增加而递增.总体来说,障碍物间距的改变对爆炸压力的影响程度比其对火焰传播速度的影响要小一些.     

壁面粗糙度对瓦斯爆炸火焰波传播的影响

在实验研究的基础上，分析了壁面粗糙度对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的重要影响．研究结果表明，壁面粗糙度对瓦斯爆炸过程的影响很大，相比光滑管道，粗糙管的火焰速度大幅度提高；对于管道终端闭口系统和开口系统的瓦斯爆炸过程，壁面粗糙度对两种系统的影响规律是一致的，影响程度比较接近．基于壁面粗糙度对瓦斯爆炸影响的实验结论，从理论上分析了壁面粗糙度对高速传播的火焰区的影响，并对实验现象做出了合理解释．因此，在矿井开拓中，应尽可能减小巷道壁面的粗糙度．研究结果对指导现场如何防治瓦斯爆炸，减轻瓦斯爆炸的威力具有重要作用．     

瓦斯爆炸过程中火焰厚度的实验室测定及其分析

实验探讨了瓦斯爆炸过程中火焰厚度变化特性及障碍物、膜片位置和压力等的影响。结果表明,障碍物和膜片对瓦斯爆炸过程中火焰厚度具有重要影响。当有障碍物存在时,瓦斯爆炸过程中产生的火焰厚度常常会小于无障碍物存在时所产生的火焰厚度;膜片距离源较近时,火焰厚度明显增大,火焰厚度越大,在其传播过程中对传播途径上的可燃物的点燃作用越大。研究结果对指导现场防治瓦斯爆炸、减轻瓦斯爆炸灾害具有一定的指导意义。     

湍流的诱导及对瓦斯爆炸火焰传播的作用

对巷道面积突变和巷道分叉对瓦斯爆炸过程中火焰传播速度的影响进行了试验研究。并利用加速环研究了巷道支架对瓦斯爆炸传播规律的影响，在此基础上对湍流的形成过程进行了理论分析。研究结果表明，管路分叉，面积突变对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律有重要影响，导致产生附加湍流，使瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度迅速增大；在管道内装加速环，将使瓦斯爆炸过程中湍流度加剧，火焰的传播速度更大，激波生成的位置。最大点位置前移。强度增大，研究结果对指导现场防治瓦斯爆炸和减轻瓦斯爆炸的威力具有重要作用。     

受限空间瓦斯爆炸反射波及对火焰传播的影响

在研究了一维受限空间中固体壁面反射波特征的基础上，采用实验方法研究了该反射波对瓦斯爆炸过程中火焰传播特性的影响作用．研究结果表明：当一维受限空间中固体壁面反射波与火焰面相遇时，可使火焰速度迅速下降，然后火焰再加速，形成二次加速，该反射波强度较高，抑制作用增强时，可使火焰熄灭；当反射波在内部与火焰相遇时(火焰锋面已过)，对火焰传播速度不产生影响，但可造成火焰内部的分离现象．     

障碍物形状对含硫天然气管道泄漏扩散影响的数值模拟

对含硫天然气管道泄漏扩散进行模拟研究,在不同风速下对比分析了计算区域内障碍物形状、障碍物坡度对泄漏气体扩散过程的影响规律,并模拟了不同条件下H₂S组分的安全区域。结果表明,障碍物的存在使泄漏气体在风力作用下堆积在障碍物的迎风面,障碍物的形状改变泄漏气体的运动路径。当障碍物为无坡度障碍物（建筑物）时,泄漏气体的扩散高度增大,且在水平方向的传输被阻碍;当障碍物为有坡度障碍物（山体）时,泄漏气体在水平方向的扩散距离增大,且在外界风力达到一定速度之后,泄漏气体绕过障碍物在背风区扩散时开始向下沉降,导致地面附近的安全区域范围减小。减小障碍物坡度,风速较小时对泄漏气体的扩散无影响,风速较大时泄漏气体将障碍物包围并在近地面处扩散;增大障碍物坡度,泄漏气体的扩散规律与无坡度障碍物（建筑物）存在时相似。模拟结果可为含硫天然气泄漏事故的处理提供参考。     

瓦斯爆炸传播火焰高内聚力特性的试验研究

采用高速摄影法及通过对爆炸反应区内不同部位温度的测量,对瓦斯爆炸传播火焰的特性进行了试验研究。研究发现,瓦斯爆炸产生的向前传播的火焰沿管道横断面分布不均匀,反应区内主要发光体沿管道底部向前传播。该发光体在低温下具有较高的内聚力,高温时容易瓦解。在瓦斯爆炸反应区内,中间产物的成分沿管道横断面分布也不均匀－－管道中、上部是发光较弱的气体产物,放热量较大;而下部是亮度较高的等离子体,放热量较小。当瓦斯爆炸温度达到最大值以后,等离子体的内聚力急剧下降,等离子体爆发,爆炸中间产物在管道横截面内均匀分布。     

Flame Propagation Characteristics of Propane-Air Mixture in Ducts with Obstacles

An experimental study on acceleration mechanism of flame propagation of propane-air mixture in ducts with obstacles was conducted. The acceleration mechanism of flame propagation is mainly due to the positive feedback of the turbulence region induced by obstacles for combustion process. It can be seen from the experimental results that the maximum explosion pressure can increase by 20 %, the maximum rate of pressure rise can increase by 10 times and the flame propagation velocity can increase by 20 times when obstacles are present.