巷道内瓦斯爆炸传播规律的数值模拟研究

基于燃烧理论、爆炸理论及遵守的守恒定律,建立了巷道内瓦斯爆炸的数学物理模型.利用Fluent软件对煤矿巷道内预混瓦斯气体的燃烧爆炸进行了分析和模拟研究,得到了巷道内瓦斯爆炸过程中超压变化规律.展现了爆炸冲击波在巷道内的衰减过程.将数值模拟结果与实验结果进行对比分析,数据高度吻合,证明了数值模拟的合理性,进而为煤矿瓦斯爆炸传播过程的分析研究及瓦斯爆炸事故的防范提供了一定的参考,也为优化矿用救生舱、避难硐室的设计参数提供了理论依据.     

障碍物对巷道瓦斯爆炸传播影响数值模拟研究

采用流体力学软件FLUENT对不同障碍物情况下巷遭瓦斯爆炸过程进行数值模拟,研究了障碍物对爆炸传播的影响。模拟结果清晰地显示了巷道瓦斯爆炸火焰传播过程,并且表明巷道障碍物的存在会产生湍流现象加速火焰传播,增大瓦斯爆炸的危害,因此巷道中应尽量减少不必要的障碍物存在。     

障碍物和阻塞比对瓦斯爆炸影响的数值模拟

瓦斯爆炸是煤矿开采过程中时有发生的严重事故,研究表明障碍物对瓦斯爆炸传播有很大影响。采用数值模拟的手段分析研究了障碍物的个数和阻塞比对瓦斯爆炸的影响。首先建立瓦斯爆炸数值计算模型,并参照试验数据,验证采用模型的正确性。采用该模型对不同阻塞比和不同障碍物个数对瓦斯爆炸的影响进行对比分析,分析这些因素对瓦斯爆炸火焰、压力和温度产生的影响。研究结果认为障碍物的存在增大火焰传播速度,并且障碍物的个数和阻塞比的大小对火焰传播速度有很大影响。     

巷道空间内瓦斯爆炸冲击波传播的数值模拟

为研究在巷道空间里瓦斯爆炸冲击波的传播特性,采用ANSYS/LS-DYNA程序的流固耦合算法,建立巷道瓦斯爆炸物理模型,对巷道空间里瓦斯爆炸过程进行数值模拟,得到瓦斯爆炸过程中冲击波变化云图,并拟合了冲击波衰减变化规律.研究表明:瓦斯爆炸冲击波经历了从球面到平面冲击波的发展过程,最终冲击波逐渐衰减为常压状态,但在受限空间内瓦斯爆炸冲击波遇壁面会发生反射与叠加,因此要合理的设置泄压口;爆炸冲击波超压与距离成非线性关系,即爆炸冲击波超压与距离的平方根成反比.研究结果对瓦斯爆炸传播事故的预防和灾害控制有一定的指导作用.     

瓦斯煤尘爆炸的超压计算与预防

阐述了爆炸冲击波压力大小取决于爆炸所释放的能量和离爆心的距离，以及爆炸冲击波气流速度、气体流量、气流温度等爆炸气流参数的计算爆炸超压的影响因素，并提出了爆炸超压的预防措施。     

瓦斯爆炸数值模拟研究

对瓦斯爆炸传播进行了理论分析,并借助通用CFD软件模拟了点火源球形压力波的传播过程以及压力波的反射与相交;模拟了直管道以及变截面管道压力波传播过程。发现在压力波的相交处会出现局部高压,而压力波的不断叠加使弱压缩波成为激波。前驱冲击波会随着不断传播而逐渐衰竭,当火焰阵面追上前驱冲击波阵面达到同步时,会形成爆轰波,而爆轰波的压力值与传播速度均有大幅提高。还验证了在截面积突然缩小时,火焰传播的最大速度不在截面突然缩小处,而是向后推移了一段距离;这是因为最大湍流度不是在截面突然缩小处,而是向后推移至某一断面,这也反映了湍流对瓦斯爆炸传播的影响。通过数值模拟也发现通用CFD软件在计算爆炸场时,其收敛性与稳定性方面仍然有待提高。     

瓦斯爆炸动力学特征参数的测定及其分析

在实验的基础上，研究了瓦斯爆炸过程中的动力学特征参数及其影响作用，其中主要包括火焰与超压、火焰与爆炸波之间的相互关系，障碍物对火焰、爆炸波传播的影响。研究结果表明，瓦斯在爆炸的过程中，超压与火焰的速度有关，爆炸波在火焰前言，其传播速度明显高于火焰，爆炸波与火焰之间的时间差不仅和位置有关，而且还和障碍物的数量有关。障碍物对爆炸波和火焰的传播具有加速作用，爆炸波和火焰传播规律可表示为T＝mL/D＋b，回归所得到的相关系数r＞0.9，回归曲的结果是显著的。随着障碍物的增多，火焰和爆炸波传播规律的线性度降低，非线性度增大。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。     

管道内瓦斯爆炸传播规律的数值模拟研究

基于燃烧、爆炸及其空气动力学理论,叙述了管道内瓦斯爆炸的数学物理模型,借助流体动力学软件Fluent对均匀充满9.5%浓度瓦斯气体的18m×200mm二维管道进行了数值模拟研究,得到爆炸反应过程中各特征参数的变化情况,并对瓦斯爆炸火焰发展及传播规律进行了分析,可以直观地观察到瓦斯爆炸火焰初期、发展、加速及其后期爆炸结束整个过程的变化情况,为瓦斯爆炸传播过程分析及瓦斯爆炸事故预防和后果分析提供了一定的参考作用.     

瓦斯浓度对瓦斯爆炸影响的数值模拟研究

采用流体动力学软件Fluent,对方形管道内体积分数分别为7.5%,9.5%,11.5%的瓦斯气体爆炸过程进行数值模拟研究,分析其爆炸过程中的压力、温度和火焰传播速度。结果表明:在3种不同浓度的瓦斯气体爆炸过程中,火焰的传播趋势大致相同,但火焰传播速度、管道内的超压以及温度有较大的区别;体积分数为9.5%的瓦斯气体爆炸过程中火焰传播速度、超压和温度均最大。模拟结果与前人的实验结果吻合。     

瓦斯煤尘爆炸的超压计算与预防

阐述了爆炸冲击波压力大小取决于爆炸所释放的能量和离爆心的距离，以及爆炸冲击波气流速度、气体流量、气流温度等爆炸气流参数的计算和爆炸超压的影响因素，并提出了爆炸超压的预防措施。     

不同当量比条件下矿井瓦斯爆炸过程的数值模拟

为了研究管道预混火焰的传播特性及内在机理,运用数值模拟的方法,建立矿井瓦斯气体爆炸的数学模型和物理模型,对不同当量比浓度的矿井瓦斯气体爆炸过程进行模拟研究。计算结果表明,矿井瓦斯气体爆炸过程中速度和压力值均会经历上升-下降-二次波峰-下降-震荡的过程。火焰传播初期,气体爆燃体积迅速增大,火焰的速度、压力和温度随之迅速上升,并在一段时间内呈现层流燃烧状态。而后速度和压力图均出现了不同程度的波动,可知这是压力波和反射波共同作用的结果。速度和压力并未同时达到峰值,速度要超前于压力达到最大状态,这主要是爆炸压力波和反射压力波的相互叠加作用导致压力上升,而反射压力波导致速度下降。当量比浓度的压力、速度值最小,燃烧持续时间最长,此时气体还未完全加速,未形成爆轰状态。     

独头巷道瓦斯爆炸的数值模拟

建立了独头巷道内瓦斯爆炸的数学物理模型,借助流体动力学软件FLACS对充满不同浓度瓦斯气体、有无障碍物时的巷道进行了数值模拟。由模拟结果可以看出,瓦斯浓度和障碍物对瓦斯爆炸过程压力波的变化有较大的影响,爆炸压力波在沿巷道的传播过程中不是单调衰减,而是有波动的;无障碍物时,压力波传播曲线的变化幅度不大,有障碍物时,瓦斯爆炸过程中压力波的传播曲线变化幅度迅速增大。     

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。     

关于矿井瓦斯爆炸超压规律的预测和分析

为了能较好的对矿井独头巷道瓦斯爆炸的超压进行预测,在相似定律、TNT当量理论的基础上,对管道瓦斯爆炸实验的超压测点距离进行了换算,结合矿井瓦斯爆炸超压实验数据,建立了相应的矿井瓦斯爆炸超压预测模型,并通过50m3、100m3、200m3瓦斯-空气混合气体的矿井瓦斯爆炸实验对此预测模型进行了验证:此预测模型对于体积分别为50m3、100m3、200m3的瓦斯-空气混合气体爆炸实验超压的预测平均相对误差依次为7.56%、6.01%、14.88%,对于50m3、100m3的超压预测较好,对于200m3的预测效果相对较差。此预测模型可以应用到几何成比例、浓度相同、不同体积的矿井瓦斯-空气混合气体爆炸超压预测。总体来说,此超压预测模型误差较小,预测值和实验值吻合较好。     

矿井瓦斯爆炸超压值分布的神经网络预测方法

瓦斯灾害是影响煤矿安全的重要问题之一,而爆炸后的主要危害之一是冲击波的伤害。而且,煤矿防隔爆措施是否能起到有效作用也依赖于冲击波超压值的测量和预测。在前人实验分析的基础上,应用神经网络理论,分别用BP神经网络和RBF神经网络对瓦斯爆炸后的冲击波超压值和测点之间的关系进行了预测。结果表明,BP神经网络的预测误差最小,应用神经网络进行预测可以明显的减小预测的误差,适合煤矿企业实际应用。     

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。     

煤矿瓦斯爆炸后巷道内超压及温度分布规律研究

基于气体爆炸动力学强冲击波爆炸等相关理论,根据瓦斯爆炸释放的能量,推导出爆炸后巷道内的超压、温度与至爆炸点距离的非线性计算公式,将计算值与试验值进行对比分析,得到瓦斯爆炸后冲击波的衰减规律,即爆炸后瞬间随传播距离的增加,巷道内超压和温度也都逐渐衰减。     

电磁场对瓦斯爆炸影响的实验研究与理论分析

在实验的基础上,研究了外加电磁场对瓦斯爆炸过程中火焰传播速度和超压的影响。研究结果表明:外加电磁场使瓦斯爆炸强度增加,使火焰速度、火焰速度峰值、压力波超压峰值增大,随着电磁场强度增加,其对瓦斯爆炸加剧作用增强。并从理论上分析了外加电磁场对瓦斯爆炸的影响。     

密闭管道内障碍物对瓦斯爆炸压力的影响

为系统研究障碍物对瓦斯爆炸压力的影响规律,利用水平管道式气体爆炸试验系统,在水平爆炸管中放置障碍物条件下对瓦斯爆炸压力进行试验研究.通过改变内置障碍物的形状、阻塞率及间距,研究这些参数的改变对瓦斯爆炸压力的影响.结果表明:条形障碍物作用下瓦斯的爆炸压力最大,其次为弓形,圆环型障碍物对瓦斯爆炸压力的影响最小;随着障碍物阻塞率的增大,瓦斯爆炸压力依次递增;瓦斯爆炸压力随障碍物间距的增大缓慢递增,与障碍物形状、阻塞率相比,障碍物间距对瓦斯爆炸压力的影响最小.不同障碍物下瓦斯爆炸压力均随着管道长径比的增加先减小后增大,在长径比为64处爆炸压力增长幅度最大.