点火位置对独头巷道瓦斯爆炸火焰参数影响实验!

在实验室模拟独头巷道的小型方形管道内,采用微细热电偶、离子电流传感器和火焰光信号传感器,测试了闭口终端处和距离闭口终端200mm、400mm、600mm、800mm位置处五种点火情况下甲烷-空气预混火焰锋面传播过程中温度、离子电流强度及速度的变化情况。实验结果表明:闭口终端点火时,火焰锋面向开口端传播过程中各截面的温度先减小后增大;距离闭口终端200mm、400mm、600mm、800mm处点火时,火焰传播过程中点火处的温度均最高,火焰向闭口端传播过程中温度有逐渐降低的趋势。不同位置点火时,火焰向开口端传播速度是闭口端传播速度的20倍左右;闭口终端处、距离闭口终端200mm处点火火焰向开口方向传播过程中,火焰传播速度均呈现先增大后减小再增大的趋势;火焰向闭口方向传播过程中,火焰传播速度较小,但有逐渐增大的趋势;离子电流峰值的变化趋势与火焰传播的速度基本吻合,说明火焰向开口端传播比向闭口端传播更剧烈。     

瓦斯爆炸动态特性测试系统及应用

针对瓦斯爆炸火焰、温度及超压动态特性的测试要求,设计了瓦斯爆炸测试系统;对系统中的火焰形状、传播速度测试、超压测试、温度测试及同步控制等关键技术进行了深入地研究。测试系统主要由实验管道、配气系统、点火装置、火焰高速摄像、高频压力传感器及微细热电偶等组成,能够实现瓦斯爆炸过程中火焰形状及其传播速度、温度及超压等动态参数的精确测量,可满足瓦斯爆炸威力分析和灾害程度评估的数据测试需要。     

甲烷与空气预混管内爆炸火焰传播特性试验

借助高速摄影、光电传感器和压力传感器,研究了有机玻璃管道(100 mm × 100 mm×1 500 mm)内预混甲烷与空气气体爆炸火焰传播特性.结果表明:点火后测点处压力信号、光信号起跳基本同步,但在光最强时刻后出现峰值压力,且压力持续时间较长;布有重复障碍片时火焰绕流加速湍流,爆炸压力和火焰速度明显提高;分析高速摄像照片,认为火焰传播过程有成长、加速及消失3个阶段.     

管道内瓦斯爆炸传播试验研究

为了研发低浓度瓦斯抽放系统的安全设备,分别在DN500 mm和DN700 mm的试验管道内进行了瓦斯爆炸传播试验.通过动态信号综合测试系统采集了爆炸火焰和压力波的试验数据.试验结果表明:管道内瓦斯爆炸压力波峰值与传播距离呈二次函数关系,爆炸火焰到达时间与传播距离呈对数函数关系,且火焰传播速度随传播距离的增长而增大,管道直径对爆炸的传播有明显影响.     

瓦斯浓度对爆炸传播影响的实验研究

在DN700mm试验管道中,进行了不同浓度瓦斯爆炸火焰、压力波传播试验.从中可以看出,爆源点的最大压力值,并不是整个过程的最大值;爆炸压力峰值与传播距离呈三次函数关系,瓦斯浓度对爆炸压力峰值影响较大;火焰速度随着传播距离的加长而依次增大,瓦斯浓度对火焰传播速度也有比较大的影响.研究结果为煤矿井下隔抑爆装置和瓦斯输送管道隔抑爆装置的研制及安装技术规范,制定奠定理论基础,同时,也为煤矿瓦斯爆炸事故调查分析提供理论依据.     

密闭管道内瓦斯爆炸火焰传播行为可视化研究

运用管道爆炸传播实验系统,配合高速摄像机及纹影仪系统,对密闭管道内瓦斯爆炸过程中的火焰传播行为进行了实验研究。通过研究得出了瓦斯爆炸点火起爆阶段、爆炸初期阶段、爆炸充分发展阶段爆炸火焰的结构特征和传播行为变化规律,研究为有效预防和控制瓦斯爆炸事故提供了重要的理论依据。     

分岔处点火T型管道内瓦斯爆燃火焰传播规律研究

采用自制T型透明分岔管,由分岔处点火并测试瓦斯爆燃火焰阵面在两端完全封闭一端弱封闭的分岔管道内传播过程中的光电信号、离子电流、温度信号、超压信号的变化。结果表明：分岔处点火T型管道内瓦斯爆燃火焰向三个端口传播过程中,表现出层状火焰、振荡火焰、爆燃火焰三种典型状态|火焰向完全封闭的支管和直管右端口分别传播的过程中,速度、离子电流强度均较小(最大1.32m/s、0.024μA),而向直管左侧弱封闭端口方向传播相对较大(最大33.17m/s、0.31μA),均相差一个数量级|各截面测点峰值温度,分岔处1042K＞支管处928K＞直管左侧793K＞直管右侧669K,而峰值超压,支管处0.162MPa＞直管右侧0.135MPa＞直管左侧0.036MPa|爆燃火焰向两个完全封闭端口传播过程中,由于压缩波的负反馈作用产生逆流现象|特别是向支管端口传播过程中,由于分岔壁面的存在,在压缩波负反馈和高温气体产物正反馈的共同作用下,火焰又呈现出振荡前行的状态。     

瓦斯管道快速阻爆控制器的设计

低浓度瓦斯发电利国利民,但是存在很大的安全隐患,根据管道瓦斯爆炸的传播规律,设计相应的监测设备—监测火焰的紫外火焰传感器和监测冲击波传感器的压力传感器,同时设计信号综合控制器,成为快速监测、快速响应、可靠判断的整套监控设备,并通过管道模拟实验加以验证设计的合理性。     

不同角度管道瓦斯爆炸火焰传播规律试验研究

为了得到复杂巷道中瓦斯爆炸火焰的传播规律,利用实验室管道模拟矿井下不同角度的巷道,通过不同条件下的瓦斯爆炸试验,利用数据自动采集设备记录不同角度管道中火焰的传播情况,得出瓦斯爆炸火焰传播与管道弯曲角度的关系,为矿井瓦斯爆炸事故的救援及调查、减少事故发生和损失提供参考。     

泡沫金属抑制瓦斯爆炸火焰的实验及机理研究

为探求新型有效阻隔瓦斯爆炸装置,研究适合煤矿使用的阻隔爆材料,利用自行设计制作的30 cm×30 cm方形实验管道进行瓦斯爆炸实验研究工作。文中测试放置0.3 g/cm3泡沫铁镍金属材料后的管道火焰温度数据,并结合火焰大小,共同作为判定该材料对爆炸波能量控制能力的指标。实验表明,0.3 g/cm3泡沫铁镍金属具有抑制瓦斯爆炸火焰波的作用和较强的阻火能力,对管道内瓦斯爆炸火焰温度最大衰减率在7.1%~70.7%之间。研究发现,厚度、孔径及基体材料成分对火焰波的抑制效果存在一定的影响,厚度大、孔径小、含镍成分高的多孔泡沫铁镍金属材料有利于火焰波的衰减。     

角联管网瓦斯爆炸超压演化及火焰传播特性研究

为了探索瓦斯在煤矿井下复杂巷网内爆炸后的超压演化规律及火焰传播特性,在实验室自行搭建了瓦斯爆炸试验系统,对甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸爆燃波传播规律进行了试验研究,并对瓦斯爆炸超压及火焰传播过程进行了数值模拟。试验与数值模拟结果表明:管网角联分支中,甲烷-空气预混气体爆炸后由于爆炸压力波的叠加,形成超压增高区域,但产生的火焰波很微弱,温度较低。并联分支中,随着爆燃波传播距离的增加,超压峰值和焰面传播速度呈逐渐减小的趋势,而火焰持续时间呈先增加、再减小的趋势。试验中火焰的最大传播距离为18.75 m,而数值模拟的传播距离为21.25 m,但试验值和模拟值的变化趋势一致。研究结论可对煤矿井下复杂巷道内瓦斯爆炸灾害的防控及救灾提供理论支持。     

瓦斯爆炸在分岔管道中的传播规律及分析

为了探索瓦斯爆炸在分岔管道中的传播规律,通过实验测定了瓦斯爆炸在分岔管道中传播的爆炸波超压值和火焰传播速度,并对瓦斯爆炸在分岔管道中的传播进行了理论分析.研究结果表明,管道分岔对瓦斯爆炸的火焰和超压都有增强的作用,火焰和爆炸波对分岔处管壁的破坏特别大.因此在矿井巷道开拓设计时,应尽量避免巷道分岔,同时避免巷道内障碍物的堆积.在必须分岔时,应根据分岔巷道瓦斯爆炸传播规律来采取相应的预防措施,以阻止瓦斯爆炸的传播和降低强度,减少瓦斯爆炸带来的损失.     

基于FLACS的受限空间瓦斯爆炸数值模拟

为了对矿井瓦斯爆炸灾害进行有效防治、安全评估和事故调查,采用XKWB-1型近球型密闭式气体爆炸特性测试装置进行甲烷爆炸实验,并应用FLACS软件对该爆炸过程进行数值模拟,二者对比表明添加辐射模型的模拟与实验结果基本吻合,平均误差1.88%,说明辐射换热是瓦斯爆炸过程中除热传导和热对流外主要的热量传递方式。模拟结果表明,瓦斯爆炸燃烧波以近球面波的形式向四周传播,小空间内各点压力很快达到均匀,从容器壁面到点火源处温度梯度不断增大;当火焰面传至壁面附近时,未燃气体受壁面作用产生回流,上下、左右的回流气体相遇形成的涡旋使火焰加速,在可燃性气体燃烬时爆炸超压达到最大值。添加辐射换热模型的模拟结果误差基本满足工程需要,可应用于更复杂空间的瓦斯爆炸过程模拟。     

管道内障碍物形状对瓦斯爆炸影响的试验研究

为了预防和降低瓦斯爆炸造成的危害,利用自制的水平管道式可燃气体一粉尘爆炸装置模拟矿井巷道,在常温常压下,使用4种不同形状的障碍物,研究瓦斯爆炸压力和火焰传播速度的变化规律。结果表明：障碍物的存在对瓦斯爆炸具有显著影响,增大了爆炸压力和火焰传播速度,改变了爆炸压力变化规律。障碍物形状对瓦斯爆炸影响程度不同,即挡板障碍物使得爆炸压力和火焰传播速度最大,4孔圆环影响最小。     

障碍物形态对瓦斯爆燃火焰传播影响研究

为了充分理解和认识瓦斯空气预混火焰在弱点火条件的加速演化规律,采用高速摄像机、光电传感器和压力传感器测试了四种形态障碍物(平板、正三棱柱、长方体、圆柱体)、三种阻塞比(20%、40%、60%)下,浓度为8.62%瓦斯空气爆燃火焰的高速摄像照片、火焰传播速率及测点处峰值超压分布等情况。实验结果表明：平板型、正三棱柱型障碍物诱导火焰加速程度较大,长方体次之,而圆柱体影响最小|障碍物能显著加速火焰传播,而其表面的不规整性或曲率突变是火焰湍流化的重要原因|不同形态障碍物对火焰传播初期影响较小,而火焰绕过障碍物后传播速率和压力有明显的增加。实验结论对矿井瓦斯爆炸灾害的预防和控制及其它工业管道可燃气体储运安全具有一定参考价值。     

超细水雾-多孔材料协同抑制瓦斯爆炸实验研究

为探究超细水雾与多孔介质在协同作用下对多孔介质淬熄效果以及多孔介质上游爆炸超压的影响,自行设计并搭建了尺寸为80 mm×80 mm×1 000 mm透明有机玻璃瓦斯爆炸管道实验平台,研究超细水雾质量分数、多孔材料孔径及孔隙率对9. 5%甲烷压的协同抑制效果。实验结果表明,改变超细水雾质量分数、多孔材料孔径以及孔隙率,在多孔材料上游,最大火焰传播速度和最大爆炸超压有着显著变化,随着超细水雾质量分数增加,火焰锋面传播速度峰值和爆炸超压逐渐减小,爆炸超压峰值出现时间随之缩短,而随着孔径的减小,火焰锋面传播速度也逐渐减小,压力衰减率明显增加。同时,超细水雾和多孔材料的组合方式对瓦斯爆炸具有耦合抑制作用,管道内通入超细水雾可吸收反应区大量热能,降低反应速率与火焰传播速度,此外多孔材料的存在吸收了部分前驱冲击波,破坏正反馈机制,因此两者协同抑制优于单一抑制效果。放置在管道中的多孔材料使得传播火焰淬熄,且添加的超细水雾降低了多孔材料上游的超压,但是一旦多孔介质淬熄失败,火焰湍流加剧,可能会导致更为严重的事故发生。此外,与9. 5%甲空气预混气相比,孔隙率为87%,孔隙密度为20 PPI和超细水雾质量浓度为1 453. 1 g s,下降比例达到44. 23%,且多孔材料上游的最大爆炸超压为6. 13 kPa,降低了40. 62%,抑制效果最明显。     

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。     

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。     

真空腔弱面材料厚度对瓦斯抑爆性能的影响

为了研究真空腔弱面材料厚度对瓦斯抑爆性能的影响,设计了瓦斯爆炸实验 Ⅰ 型管道,开展了无真空腔瓦斯抑爆实验和弱面材料厚度为0.1、0.2、0.3 mm条件下的真空腔瓦斯抑爆实验。实验结果表明,真空腔能够有效抑爆,当弱面材料厚度为0.1 mm时,真空腔抑爆效果最好,最大火焰信号强度仅为0.14 V,并在F6测点及以后趋于熄灭状态,所有测点的最大超压值均在0.08 MPa以下,达到了抑爆目的。