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.     

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...     

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。     

瓦斯煤尘爆炸巷道反射压力研究

为揭示瓦斯和瓦斯煤尘爆炸反射压力沿矿井巷道传播变化的规律,用管道爆炸实验系统模拟测试极弱爆炸和极强爆炸巷道超压与反射压力的定量变化关系.结果表明,瓦斯和瓦斯煤尘与空气混合爆炸,在弱爆炸条件下爆炸的反射压力均是峰值超压的1.8~2.0倍,強爆炸下瓦斯或瓦斯煤尘爆炸的反射压力大约是峰值超压的8~21倍.实验结果与理论计算基本吻合,表明巷道反射压力强度取决于冲击波在巷道空间内的反射过程,巷道内爆炸超压强度随爆炸传播距离的增加而降低,遇固壁则反射压力强度加大,加重了井下设备的破坏和人员伤害程度.     

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．     

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。     

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     

掘进巷道瓦斯爆炸冲击波压力特性研究

为揭示煤矿掘进头瓦斯爆炸冲击波压力沿复杂巷道衰减变化特性,借助爆炸力学和相似定律理论,建立巷道一维爆炸压力变化计算数学模型和TNT当量系数法试验计算模型.理论和试验模型对比分析表明:掘进头弱瓦斯爆炸的冲击波压力沿稳定断面传播呈非线性变化特性,冲击波压力与传播距离的平方根成反比;冲击波压力遇巷道断面变化或分叉超压大幅度衰减;冲击波压力遇障碍物反射后压力是原来的2倍.瓦斯爆炸超压预测计算模型的计算值、理论计算值与实验值吻合较好,与爆炸冲击波压力的传播特性描述一致.     

障碍物位置对瓦斯爆炸火焰传播影响的数值模拟

利用计算流体动力学软件FLUENT研究了受限空间内平行障碍物和交错障碍物对火焰形状的影响.模拟采用500mm×150mm二维矩形空间模型,计算了2个平行障碍物、2个交错障碍物、3个平行障碍物、3个交错障碍物等4种工况下的火焰发展过程.障碍物间距100 mm,阻塞率为0.5.选取k-epsilon Realizable湍流模型,P1辐射模型和涡耗散模型模拟瓦斯爆炸火焰传播.模拟结果表明:受到交错障碍物影响,10ms处已经出现明显的火焰湍流,且交错障碍物具有更大的预热区面积.火焰传播过程与实验相近,模拟结果可靠,为进一步利用数值模拟方法研究瓦斯爆炸相关内容提供了参考.     

障碍物影响下管道内气体爆炸对动物杀伤研究

利用管道式气体爆炸测试装置,分别在光滑管道内和放有障碍物的水平管道内充入当量浓度的甲烷气体,对甲烷-空气混合气体的爆炸压力变化以及对动物的损伤进行了实验研究.实验结果表明,当量浓度气体爆炸使光滑管道内不同位置的小白鼠全部死亡,其内脏的损伤程度随着长径比的增大而明显加重.在管道内有障碍物的情况下,爆炸对小白鼠的杀伤程度明...     

CE／SE方法在障碍物对爆炸冲击波干扰流场计算中的应用

应用高精度的CE／SE方法对厂房中爆炸冲击波扫过障碍物挡墙形成的流场进行了二维数值模拟，具体分析了障碍物、厂房内壁与冲击波相互作用的规律，得到了能够反映障碍物作用前后波系结构变化的压力等值线图．数值结果显示了冲击波遇障碍物发生反射、绕流等现象，形成复杂波系；通过与尤障碍物存在的爆炸流场对比，分析了相对于爆点不同位置的障碍物对爆炸流场的影响；最后改变爆点个数，对爆炸流场的变化做了进一步分析．数值模拟结果符合相关物理规律．     

半封闭受限空间煤尘与瓦斯耦合爆炸研究

煤尘参与的瓦斯爆炸事故具有很强的破坏性和伤害性,是煤矿的重大事故之一.用一端开口的半封闭管道爆炸实验装置,通过改变瓦斯与煤尘耦合爆炸浓度及点火条件,揭示受限空间瓦斯与煤尘耦合爆炸的规律.实验结果表明,封闭下的耦合体爆炸火焰传播速度较开口状态达到极值快,但极值点距点火位置较近,开口爆炸火焰传播距离是积聚耦合体长度的2倍左右;瓦斯参与的煤尘爆炸,爆炸相对强度随瓦斯浓度的增加而增加,传播距离更远;理论推导瓦斯与煤尘耦合爆炸超压传播距离与爆炸能量的平方根成正比,与巷道断面积的平方根成反比,研究结果为防治瓦斯爆炸、事故勘验以及阻隔爆装置的研制提供了可靠的实验数据.     

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。     

煤矿瓦斯爆炸波传播及致灾机理的数值模拟研究

应用自主编写的大涡模拟程序,结合高精度数值格式,对横截面积7.2m2、长400m的煤矿巷道内瓦斯爆炸进行了模拟研究.结果表明,随着远离点火端,爆炸超压先升高后逐渐衰减;爆炸波冲量随着距离变化先迅速降低,当压力波形成冲击波时,冲量出现瞬时升高,然后又逐渐衰减;瓦斯爆炸过程中,原来的瓦斯积聚区被爆炸波拉长,导致火焰区域远大于瓦斯积聚区,约为7.1倍;爆炸波超压和冲量超过了阈值以及火焰区域扩大是造成人员伤亡的主要原因,伤亡区域长度大于原瓦斯积聚区长度的22倍.数值模拟结果与实验结果相符,为煤矿瓦斯爆炸的治理提供了理论基础.     

空气含湿量抑制瓦斯爆炸过程的数值模拟

运用化学动力学计算软件Chemkin Ⅲ中的Senkin程序包以及Chemkin 3.7中的Premix程序包,建立巷道内瓦斯爆炸过程的计算模型,其化学反应采用美国lawreuce Livermore国家实验室甲烷燃烧化学动力学详细反应机理,包括53种组分和325个反应.利用此模型对巷道内瓦斯爆炸过程中反应物及爆炸后部分致灾性气体体积分数的变化趋势进行数值计算,分析巷道中空气含湿量对瓦斯爆炸的抑制机理.结果表明,反应过程中活性分子(OH、H、O)的体积分数是影响瓦斯爆炸以及爆炸后部分致灾性气体生成的关键因素;混合气中的水蒸汽对瓦斯爆炸及爆炸后CO、CO2、NO和NO2的生成起抑制作用,随着空气含湿量的增加,该抑制作用得到加强.     

煤尘粒径对瓦斯煤尘爆炸的影响研究

煤尘的粒径大小和质量浓度对煤尘的燃烧爆炸存在重要的影响.为研究分析大颗粒煤尘对瓦斯煤尘爆炸产生的影响,在煤尘质量浓度相同的基础上,从参与爆炸的主体煤尘中选取粒径为75μm的大颗粒,分别与粒径为15,25,35μm的小颗粒进行混合爆炸并同时改变大颗粒煤尘的质量百分比,通过有限元软件Fluent,应用连续相、颗粒相计算方法对爆炸过程进行数值模拟,对最大爆炸压力和火焰传播速度进行了分析.结果表明:在大小颗粒混合的复合爆炸中,最大爆炸压力一直处于一个范围之间;总质量一定,最大爆炸压力、火焰传播速度随着大颗粒煤尘质量百分比的增大而呈现下降趋势,并且混合煤尘中小颗粒粒径越小,最大爆炸压力、火焰传播速度越大.     

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．     

矿用救生舱瓦斯爆炸动力响应数值模拟

为确保煤矿井下可移动式救生舱的合理设计和安全使用,基于瓦斯爆炸原理,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,采用ALE流固耦合算法,对体积分数为9.5％,体积为200 m³的瓦斯/空气混合气体在井下巷道内爆炸产生的爆炸流场进行数值模拟,分析了两类典型救生舱舱体在入射冲击波峰值超压0.6 MPa,历经400 ms时间作用下的压力场分布、塑性应变及各重点部位位移时程等动力响应．计算结果表明,改变舱体截面尺寸对舱体的抗爆性能影响显著,采用瓦楞型侧壁的舱体结构能有效增大舱壁的抗弯刚度,而改变舱体长度对于舱体的抗爆性能影响不大．     

受限空间瓦斯爆炸火焰与毒气传播研究

为揭示瓦斯爆炸过程中火焰、毒气及压力三者间相互关系,采用一端封闭的爆炸试验装置,通过改变瓦斯聚集长度和点火强度,研究了瓦斯爆轰及爆燃状态下火焰、毒气及压力传播变化规律.结果表明,管道内瓦斯爆燃状态下火焰的传播速度远小于爆轰状态下的传播速度,变化趋势呈线性;瓦斯爆炸火焰传播速度的大小直接影响爆轰的形成以及爆炸强度和爆炸传播距离;爆燃状态下火焰和毒气传播的距离基本相当,均为原始瓦斯聚集总长度的2倍左右;爆轰状态下火焰和毒气传播的距离基本相当,均大于原始瓦斯聚集长度,但传播距离不确定.