20L爆炸容器内甲烷爆炸特性参数分布规律模拟研究

运用FLUENT流体模拟软件,对常温常压条件下20 L爆炸容器内甲烷爆炸各特性参数的分布规律进行了数值模拟研究,得出爆炸压力、火焰温度、燃烧速度、密度等爆炸特性参数及流场状态的发展变化规律。研究认为,爆炸罐内部各点压力分布基本相同,爆炸反应持续时间约为130 ms,火焰温度约为2 500 K;距离点火点越远,密度变化范围越大;火焰速度在距离点火点0.04 m左右达到最大值2.87 m/s,二次加速出现在距离点火点约0.14 m的位置。研究结果为认清甲烷爆炸机理及有效预防瓦斯爆炸事故提供了重要的理论依据。     

煤矿井下瓦斯爆炸的基本特性

阐述了瓦斯爆炸发生的条件；从爆源能量、能量释放速度、爆源的特征时间和特征尺寸，以及爆炸的火焰温度、冲击波的压力、火焰和空气的运动速度、爆炸压力的上升速率等方面，探讨了瓦斯爆炸特征和爆炸特征；简要地介绍了瓦斯爆炸后的有害气体的组分。     

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。     

煤矿瓦斯爆炸水幕隔爆效果实验研究

为了抑制和隔绝瓦斯煤尘爆炸事故,研制了水幕隔爆设施,对该设施的隔爆性能进行了实验。结果表明:细水雾对隔断瓦斯爆炸火焰的传播和衰减冲击波有显著的作用;要充分隔断瓦斯爆炸火焰的传播,水幕设施最少由10个喷雾环组成,形成水幕带最短长度为13.5 m,喷雾强度最小为17.43 L/(min·m2)。该研究可为研制新型的水幕隔爆系统提供重要的理论基础。     

瓦斯爆炸火焰厚度及其持续时间的实验研究

通过对水平管道内瓦斯爆炸传播火焰的厚度及其持续时间进行了实验研究,在该实验条件下所测得的实际火焰厚度较厚,比按传统的静态火焰模型计算出的结果大得多。在火焰传播过程中,火焰厚度变化的基本规律是：靠近点火源的封闭端,火焰厚度较薄,火焰持续时间较短;距点火源较远处,火焰厚度较厚,持续时间较长。该实验结果为进一步的瓦斯爆炸机理研究及瓦斯爆炸阻隔爆装置的研制提供了可靠的实验数据。     

弯管对瓦斯爆炸的影响研究

为了预防和降低瓦斯爆炸事故造成的危害,利用自制的水平管道式可燃气体-粉尘爆炸装置模拟矿井巷道,通过改变弯管的角度及位置,研究瓦斯爆炸压力和火焰传播速度的变化规律。结果表明:弯管对瓦斯爆炸具有显著影响,使得最大爆炸压力增大,火焰传播速度加速。弯管角度对瓦斯爆炸影响不同,45°弯管影响最小,90°弯管影响最大。     

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。     

煤矿瓦斯爆炸水幕抑爆系统研究

介绍了一种新研制的水幕抑爆系统,并对其抑爆效果进行了实验验证。实验研究表明,水幕抑爆系统在一定条件下,能够有效地抑制井下瓦斯爆炸过程。水幕抑爆系统在喷嘴主要参数、安装方式、水幕间距确定情况下,抑爆效果主要与各装置安装位置、喷雾压力、喷雾强度和水幕带长度有关。水幕抑爆系统的研制,为有效抑制井下瓦斯爆炸提供了一种新型的方法,特别是对煤矿发生的二次爆炸或多次爆炸具有更好的抑制效果,而且可以降低由于爆炸反应升高的环境温度,保护水幕设施后的人员和设备,防止温度过高引起的二次爆炸。     

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。     

障碍物形状对瓦斯爆炸影响的研究

文章利用水平管道式气体--粉尘爆炸实验装置,研究了障碍物形状对瓦斯爆炸火焰传播速度、最大爆炸压力及爆炸压力上升速率的影响.结果表明:障碍物的存在极大的提高了瓦斯的火焰传播速度、最大爆炸压力及压力上升速率;障碍物的形状整体上对最大爆炸压力影响不大,对火焰速度和爆炸压力上升速率影响较大,其中,条型障碍物的影响最为明显,半圆型次之,圆环型影响最小.     

不同环境温度下瓦斯爆炸特性的数值模拟研究

运用计算流体力学分别对常温、高温条件下的瓦斯爆炸过程进行了数值模拟研究,模拟结果清晰地反映了爆炸后不同时刻流场中爆炸压力、火焰温度、各组分浓度等参数的分布特征。研究发现,随着环境温度的升高,化学反应速率加快,爆炸后火焰温度的升高主要是由于初始气体温度升高带来的热量。     

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。     

密闭空间瓦斯爆炸数值模拟研究

针对矿井封闭火区内瓦斯爆炸特性问题,通过FLACS软件建立简单的密闭空间,模拟了瓦斯爆炸传播中的压力、温度和火焰的发展变化过程。结果表明:压力波的反射作用导致瓦斯爆炸压力曲线反复波动,出现多个压力峰值;各点温度在距离燃料区较近区域波动幅度小,在稍远的距离波动幅度大,而在距末端较近的距离,温度值较前面的监测点而言值非常小;火焰会出现反向传播的现象,之后出现湍流现象,直至反应结束。     

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。     

区域赋水条件下瓦斯抽采特性及数值模拟

顾桥矿松软突出煤层4煤层受砂岩裂隙水渗入,瓦斯抽采受到影响,为了研究区域赋水条件下煤层瓦斯抽采规律,使用COMSOL Multiphysics模拟不同含水率下瓦斯压力变化及抽采半径。模拟结果显示,含水率为1.73%和5.68%时,抽采半径分别为3.1 m和1.8 m,含水率越高瓦斯压力降低梯度越小。通过现场试验研究不同含水率及应力综合影响下的煤层渗透率及吸附特性,经顾桥矿4煤层现场试验证明,赋水煤层瓦斯抽采半径降低了70.9%,瓦斯抽采初始浓度降低了50%,单孔瓦斯抽采含量降低了75%。     

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。     

管道中瓦斯爆炸超压场的数值模拟

利用计算流体动力学软件AutoReaGas,定量地研究了障碍物和瓦斯浓度对管道中瓦斯爆炸超压场的影响。研究结果表明:当有障碍物存在时,爆炸峰值超压会显著增加,且峰值超压随着障碍物阻赛比的增加而增加。瓦斯浓度对峰值超压的影响与管道中是否存在障碍物有关。在无障碍物的情况下,甲烷浓度的变化对爆炸峰值超压的影响并不十分显著。在障碍物存在的情况下,甲烷浓度的变化对峰值超压具有显著影响。     

双负压抽采系统作用下钻孔瓦斯流动数值模拟

瓦斯抽采是治理矿井瓦斯灾害的重要手段,然而由于井下环境特殊往往导致瓦斯抽采率低,封孔质量差、钻孔漏气现象时有发生。文章结合YFZ-30型封孔质量检测仪双负压的工作原理,采用fluent数值模拟的方法研究双负压抽采系统下钻孔瓦斯的运移,以确定合理的抽放负压与检测仪工作参数。