受限空间内CO影响瓦斯爆炸的数值模拟

为探求受限空间中CO对瓦斯爆炸的影响,建立了受限空间中瓦斯爆炸反应的计算模型,其化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。结果表明:向瓦斯空气混合气体中充入CO,CO作为瓦斯爆炸的中间产物参与CH4的氧化链式反应,一方面瓦斯爆炸的时间延迟,另一方面爆炸后混合气体中CO2体积升高,CO、NO、NO2体积下降。随着瓦斯混合气体中CO体积分数的升高,瓦斯爆炸产生的温度和压力先升高后降低。     

基于化学反应动力学的瓦斯爆炸对冲火焰叠加特征的研究

为了研究煤矿瓦斯爆炸过程中火焰相向叠加后,火焰反应区内的化学反应进程,利用化学反应动力学的基本原理和58步甲烷反应机理,分析了火焰区内化学动力学参数的变化规律。认为煤矿瓦斯爆炸对冲火焰两侧反应区内的化学反应进程具有明显的对称特征。汇聚点处的产物浓度最高,H2O的最大摩尔浓度为0.185 382,CO2为0.082 896 4,最高温度为2 246.43 K。爆炸反应区内的CO、H2离子的最大摩尔浓度分别为5.442 28%和2.430 82%,明显高于其他离子浓度,对最终爆炸产物的生成起关键作用。另外,对H2O的生成速率起关键作用的反应步为OH+H2YKNH2O+H,其生成速率为0.010 593 7 mol/(cm3·s);对CO2起关键作用的反应步为CO+OHFYKNCO2+H,生成速率为0.003 769 56 mol/(cm3·s)。     

煤矿巷道内N2及CO2抑制瓦斯爆炸的机理特性

为探求煤矿巷道内惰性气体（氮气及二氧化碳）对瓦斯预混合爆炸的影响,采用详细反应机理(包括53种组分、325个反应),运用化学动力学计算软件CHEMKIN 3.7中PREMIX程序包,建立巷道内瓦斯爆炸过程的数学模型。通过数值计算,对比了N2及CO2对瓦斯爆炸过程中反应物、自由基、爆炸后产生的主要致灾性气体的浓度以及甲烷总消耗速率等变化的影响,分析N2及CO2对瓦斯爆炸反应过程影响的异同。计算结果表明,在相同体积分数下,CO2比N2更能有效地降低体系中的活化中心浓度和爆炸中所生成致灾性气体CO,NO的浓度,因此CO2在抑制瓦斯爆炸作用方面比N2的效果更为明显。     

封闭空间水及CO_2对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响分析

运用化学反应动力学理论,采用详细的瓦斯爆炸反应机理,分析了封闭空间内水及CO2对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响。在4种工况条件下,通过数值模拟的手段,分析对比了水及CO2对瓦斯爆炸过程中温度、压力、反应物浓度、自由基浓度以及爆炸过程中生成的部分致灾性气体浓度等变化趋势的影响,找出了水及CO2对瓦斯爆炸反应动力学特性影响的异同。结果表明:CO2在降低瓦斯爆炸的强度方面比水的效果好。     

激波诱导瓦斯爆炸反应动力学计算模型

为解释和验证激波诱导瓦斯爆炸化学反应动力学机理的物理模型和数学模型,将激波诱导瓦斯爆炸反应体系定义为一个理想反应体系,将瓦斯气体定义为仅含甲烷的单组分理想气体,反应体系中的所有化学反应都在激波管中进行。利用CHEMKIN4.1软件中的Normal Incident Shock反应器,运用数值分析和数学物理方程的推导方法,对激波诱导瓦斯爆炸反应动力学机理的数学模型进行了推导、细化和求证。研究结果表明:计算模型中的控制方程组解释了激波管内各反应组分的流动特性沿轴向距离或随时间变化的函数关系,控制方程组的解描述了激波诱导瓦斯爆炸反应动力学的变化过程和变化情况,从而解释和验证了激波诱导瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型。     

封闭空间低浓度CO对CH_4爆炸影响的数值模拟

为了研究煤在低温氧化过程中生成的CO对CH4爆炸产生的影响,首先在理论上分析了CO/CH4/O2/N2混合气体的爆炸下限,依据设定方案开展了充分预混情况下低浓度CO在封闭空间内对CH4爆炸影响的数值模拟。结果表明:相同条件下,CO浓度的增加降低了甲烷爆炸的可能性;而CO比例的增大提高了爆炸威力;对CO、NO2的生成影响最大的3个基元反应均为Rxn#155、Rxn#156和Rxn#158。     

基于CHEMKIN-PRO的多元混合气体瓦斯燃烧模拟研究

针对多种不同性质气体对瓦斯燃烧过程的影响问题,采用CHEMKIN-PRO软件,构建USC Mech 2.0动力学模型对不同组分C_2H_4/CO_2瓦斯混合气体燃烧过程进行了深入研究,模拟分析了不同组分C_2H_4/CO_2瓦斯层流燃烧速率及H,O自由基体积分数的变化趋势,并利用SENKIN程序对其进行了敏感性分析。计算结果表明:随着CO_2体积分数的增大,层流燃烧速率降低,在φ1和φ1.25时分别降低了约13 cm/s和149 cm/s,H,O自由基体积分数降低,其协同抑制瓦斯燃烧;随着C_2H_4体积分数的增大,层流燃烧速率略微增加,在φ1和φ1.4时分别升高了约3和46 cm/s,H,O自由基体积分数升高,其协同促进瓦斯燃烧;在φ≤1条件下,随着当量比的增加,促进CH_4生成的关键反应步的敏感性系数升高幅度较大,其抑制瓦斯燃烧。     

CO_2气体对瓦斯爆炸的阻尼效应研究

为研究CO_2气体对瓦斯爆炸的阻尼效应,以定容弹模型模拟采空区(受限空间),采用数值计算方法,从化学动力学角度,在机理上进行了研究。结果表明:随着CO_2气体的冲入,瓦斯爆炸延迟时间逐渐增大,爆炸强度逐渐减弱,对灾害气体(NO)及链式反应自由基的抑制加强,同时促进甲烷生成与消耗的关键反应步敏感性系数整体不断降低,但促进CH4生成降低幅度小于促进CH4消耗降低幅度。     

瓦斯爆炸冲击波在单向转弯巷道内传播及衰减数值模拟

在应用一些基本假设的基础上,建立了瓦斯爆炸冲击波在转弯巷道内传播的物理模型和数值模型.数值模拟的结果表明,转弯巷道内传播的冲击波,其压力、速度和温度等参数在传播过程中存在着衰减态势.在瓦斯爆炸初期,由于化学反应的存在而使冲击波波阵面上的参数不断增加;而在全部瓦斯混合气体反应结束后,压力、速度和温度的衰减较慢.通过实验数据、模拟数据和实测数据的对比表明数据的吻合程度较高,证明了数值模型的可行性.     

瓦斯爆炸冲击波在单向转弯巷道内传播及衰减数值模拟

在应用一些基本假设的基础上,建立了瓦斯爆炸冲击波在转弯巷道内传播的物理模型和数值模型.数值模拟的结果表明,转弯巷道内传播的冲击波,其压力、速度和温度等参数在传播过程中存在着衰减态势.在瓦斯爆炸初期,由于化学反应的存在而使冲击波波阵面上的参数不断增加;而在全部瓦斯混合气体反应结束后,压力、速度和温度的衰减较慢.通过实验数据、模拟数据和实测数据的对比表明数据的吻合程度较高,证明了数值模型的可行性.     

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。     

定容燃烧反应器中瓦斯爆炸反应动力学计算模型

为解释和验证定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型，将定容定质量绝热反应体系定义为一个理想反应体系，反应体系中的所有反应都在定容燃烧反应器中进行，将瓦斯气体定义为仅含甲烷的单组分气体，运用数值分析和数学物理方程的推导方法，以及物理化学研究方法，对定容燃烧反应器中瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型进行了推导、细化和求证，研究结果中方程组的解（温度参数和组分摩尔分数参数）准确的描述了定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸反应动力学的变化过程和变化情况，从而解释和验证了定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型。     

泡沫陶瓷对瓦斯爆炸过程影响的实验及机理

为了对煤矿瓦斯多次爆炸和连续爆炸实现阻隔爆,利用建立的瓦斯爆炸实验系统,研究了Al₂O₃和SiC两种材质的泡沫陶瓷对瓦斯爆炸过程的影响规律,利用SEM技术对泡沫陶瓷的细观结构进行了测试,分析了其对瓦斯爆炸的作用机理.结果表明：泡沫陶瓷对瓦斯爆炸最大超压衰减作用明显,最大衰减可达到50%;泡沫陶瓷在细观上具有三维连通网络结构,可以淬熄瓦斯爆炸火焰,抑制爆炸应力峰值和爆炸声波.     

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。     

瓦斯输送管道爆炸自动喷粉抑爆技术

通过论述自动喷粉抑爆技术原理及构成,分析总结瓦斯管道爆炸传播规律,得出自动喷粉抑爆技术抑爆效果主要取决于装备相应时间、干粉浓度粒度及NH4H2PO4质量分数。在DN500爆炸试验管道进行瓦斯管道爆炸传播试验和抑爆试验研究自动喷粉抑爆装置抑爆效果,抑爆器动作后,爆炸火焰在抑爆器后3.5 m内被扑灭,爆炸冲击波在爆炸火焰被扑灭后,不断衰减,最终消失。试验表明:自动喷粉抑爆技术能够有效的抑制瓦斯爆炸。