混合气体对煤中CH4置换效率的影响研究

为了揭示混合气体对不同变质程度煤中CH_4的置换效率及其影响因素,利用自建的多元气体置换吸附试验装置,在不同的环境温度、平衡压力、注入压力和注入气体组成比例等4个条件下,分别对无烟煤、瘦煤和气肥煤等3个典型煤种进行混合气体置换煤中CH_4试验。结果表明:恒温条件下,随着平衡压力增加,混合气体的吸附/解吸能力呈现单调增加的变化,且混合气体的吸附/解吸能力表现出随置换气体的吸附能力和煤的变质程度的增加而增加,即V_(CO_2)V_(CH_4)V_(N_2)V_(He)和V_(无烟煤)V_(瘦煤)V_(气肥煤);在一定平衡压力条件下,温度越高混合气体的吸附/解吸能力越小;在平衡压力和温度保持恒定时,随着注入压力的增加,纯CO_2气体对CH_4的置换效率会有所降低。与仅注入CO_2相比,混合气体的置换效率则表现更好,即混合气体中含N_2比例越高,对CH_4的置换效率越好。该试验得出的启示是:井下煤层注气置换煤层CH_4不一定追求高的注入压力,只要注气源配比合适,低注入压力也能获得更好的煤层瓦斯抽采率。     

封闭空间瓦斯爆炸过程的反应动力学分析

为了获取瓦斯爆炸过程中反应动力学参数,通过修改化学动力学计算软件CHEMKINIII中的SENKIN程序包,采用甲烷燃烧的化学动力学详细反应机理(包括16种组分、41个反应),建立了定容弹中瓦斯爆炸过程的计算模型.利用该模型对瓦斯爆炸过程中温度、压力及反应物浓度的变化趋势进行了模拟分析,同时通过对瓦斯爆炸详细反应机理的敏感性分析,找出了影响瓦斯爆炸以及爆炸后部分致灾性气体生成的关键反应步.结果表明:瓦斯爆炸后温度、压力将分别达到2800K,0.24MPa左右;促进瓦斯爆炸的关键反应步为CH3+O2=CH3O+O,CH4+HO2=CH3+H2O2;促进CO与CO2生成的关键反应步为CH3+O2=CH3O+O,CH4+O2=CH3+HO2,CH4+HO2=CH3+H2O2,CH3+HO2=CH3O+OH,H+O2=OH+O.     

H2S对CH4着火延迟及还原NO影响的数值模拟

为探究硫化氢(H_2S)在常压范围内对甲烷(CH_4)燃烧特性的影响,采用化学动力学软件CHEMKIN-PRO中的0-D和PFR反应器研究H_2S浓度、过量空气系数、压力和温度对CH_4点火延迟及还原NO的影响,并通过敏感性和生成率分析揭示其化学动力学机理.模拟结果表明:H_2S的存在促进活性基团(H,O,OH,HO_2,HO_2和H_2O_2)的生成速率,从而缩短预混气点火延迟时间,且在低温下的影响作用更加明显;预混气点火延迟时间随着过量空气系数的增大而减小;压力增加亦有利于缩短点火延迟时间. H_2S可降低CH_4/H_2S还原NO的温度,主要由于H_2S降低CH_4的反应温度,使还原性基团CH_i在较低温度下产生;但同时H_2S的存在,在一定程度上降低NO的还原效率,且在贫氧气氛中的影响更为显著.     

CF4—CH4等离子体对PET的表面改性及反应动力学

利用Ｘ射线光电子能谱仪和接触角方法研究表征了ＣＦ４－ＣＨ４混合气体ＲＦ等离子体改性ＰＥＴ的表面特征。根据沉积速率可将整个浓度范围分为三个区域,各区域内等离子体作用机制不同。区域１（０～８３．３％）为等离子体聚合区域;区域２（８３．３～９６．２％）内聚合起主要作用,刻蚀起次要作用,区域３（９６．２～１００％）内刻蚀和氧化接枝起主要作用。借鉴表面吸附反应动力学模型,推导出等离子体表面类吸附反应动力学方     

爆炸碎片撞击球罐的数值模拟及影响因素分析

容器爆炸碎片是引发化工园区"多米诺事故"的重要因素。建立了球罐在球体、立方体、圆锥体3种爆炸碎片撞击下的数值分析模型,研究了球罐受到碎片撞击时的动力学响应过程,分析了碎片的形状、速度、入射角、转速及球罐内压等因素对撞击变形的影响。研究表明:罐壁在碎片撞击下产生的位移随碎片撞击速度的增大而增大;在相同工况下,立方体碎片对球罐壁面撞击位移最大,撞击位移随入射角的增大而减小,当入射角大于60°时,碎片对罐壁撞击变形几乎没有影响;碎片自身转速对撞击位移影响较小;球罐罐内压力对球罐最终撞击位移影响较小,仅影响其撞击变形过程。     

模拟爆炸地震波及其对框架结构的影响

基于能够描述爆炸地震波的非平稳随机过程模型进行爆炸地震波的模拟研究,给出能够考虑装药量和爆心距影响的单点爆炸地震波实用模拟方法。以15层框架结构为例,运用有限元分析软件建立空间板梁结构的有限元模型,计算结构的固有频率和固有振型,分析高层框架结构在模拟爆炸地震波作用下的动力响应。根据结构动力响应结果,判断结构的薄弱层,为工程抗震设计提供参考依据。     

氧—氮混合气体在正激波后平衡态的数值模拟

对氧－氮混合气体在正激波后的平衡态进行了数值模拟。用统计热力学方法中的配分函数计算化学反应平衡常数，考虑了气体组分的平动，转动，振动和电子能量，用多变量牛顿－菜卡生法求解控制方程组，在较宽的马赫数范围内得出令人满意的结果。     

水下爆炸三维数值模拟特征参量敏感性分析

为探究水下爆炸三维数值模拟时网格尺寸和计算水域大小对计算精度的影响,并给出可平衡三维水下爆炸数值模拟精度与效率的参数设置,基于LS-DYNA水下爆炸三维自由场计算模型,以水下爆炸冲击波峰值、气泡脉动特性以及水域运动特性为衡量指标,在50～300 kg炸药爆炸质量下,分别分析了网格尺寸、水域大小对数值模拟精度的影响。研究结果表明：网格尺寸不大于1倍装药半径、炸药中心点到水域边界距离不小于4倍气泡最大膨胀半径时,软件可较为准确地模拟水下爆炸冲击波及第1次气泡脉动全过程。综合考虑计算精度与计算效率,建议进行水下爆炸数值模拟时,网格尺寸不大于1倍装药半径、炸药中心到水域边界距离不小于4倍气泡最大膨胀半径。     

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.     

挡墙形状对二维爆炸场影响的数值模拟研究

研究二维爆炸场中挡墙的形状对冲击波传播的影响 .在整个模拟过程中不考虑外力、外源和热交换的影响 ,采用流体网格得到了可压缩流体的偏微分守恒方程 ;并且通过使用多流体网格方法及运用“和”分裂格式完成了输运步的计算 ;同时对于爆轰产物采用了JWL状态方程 ,并将空气简化成理想气体 .最终获得了挡墙的两侧边缘的形状对冲击波传播影响的具体情况 ,并列出了二者之间的关系 .可以看出靠近爆源一侧的挡墙形状对冲击波传播的影响更明显 .     

障碍物诱导瓦斯爆炸湍流火焰数值模拟

为了研究障碍物诱导湍流火焰特性,基于150 mm×150 mm×500 mm的小尺度爆炸腔体,在三个障碍物交错放置的条件下,采用预混燃烧模型对瓦斯爆炸过程进行大涡模拟。基于模拟结果,分析了瓦斯爆炸过程中火焰结构、未燃气体流动迹线以及火焰与未燃气体漩涡耦合规律。结果发现:小尺度条件下,障碍物诱导火焰形变,增大火焰面积,提高燃烧速率;在障碍物扰动作用下,未燃预混气体在障碍物形成漩涡,且漩涡尺寸及强度逐渐增大;未燃预混气体漩涡将爆炸火焰卷入其中,形成湍流火焰。     

Numerical simulation for explosion wave propagation of combustible mixture gas

A two-dimensional multi-material code was indigenously developed to investigate the effects of duct boundary conditions and ignition positions on the propagation law of explosion wave for hydrogen and methane-based combustible mixture gas. In the code,Young’s technique was employed to track the interface between the explosion products and air,and combustible function model was adopted to simulate ignition process. The code was employed to study explosion flow field inside and outside the duct and to obtain peak pressures in different boundary conditions and ignition positions. Numerical results suggest that during the propagation in a duct,for point initiation,the curvature of spherical wave front gradually decreases and evolves into plane wave. Due to the multiple reflections on the duct wall,multi-peak values appear on pressure—time curve,and peak pressure strongly relies on the duct boundary conditions and ignition position. When explosive wave reaches the exit of the duct,explosion products expand outward and forms shock wave in air. Multiple rarefaction waves also occur and propagate upstream along the duct to decrease the pressure in the duct. The results are in agreement with one-dimensional isentropic gas flow theory of the explosion products,and indicate that the ignition model and multi-material interface treatment method are feasible.     

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．     

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.     

Explosive limits of mixed gases containing CH4, CO and C2H4 in the goaf area

The explosive gases CO and C2H4, released mainly flammable gases during the process of coal self-ignition, are of the most important ingredients of the multi-component gases in goaf areas, along with CH4. We have determined some of the parameters of explosive properties of the one-component gases CH4, CO and C2H4 using an explosive trial device of polybasic explosive gas mixtures and emphasized particularly the effect on the limits of explosive concentration of the binary explosive mixed gases CH4+CO, CH4+C2H4, as a function of the amount of CO, C2H4 and inert flame resisting gases (N2, CO2). The experimental results show that the effect of inert gases on the explosive limits of mixed gases, given the property of explosive gas, is obvious: the inert gases (N2, CO2) possess some inhibitory effects on the explosion of the multi-component explosive gas mixtures. The results will provide some experimental support to suppress the occurrence of the gas explosions in goaf areas and provide some directions for designing explosion-proof electric equipment and fire arresters.     

气相法制备的WO3纳米粉体对CH4气敏性能的影响

以传统的热分解法和新型的以纯钨丝为原料的气相反应法制备纳米WO3气敏材料,并以WO3为基材,制备了CH4气敏传感元件．气敏性能测试表明,热分解法制备的材料对CH4几乎没有气敏性能,而气相反应法制备出的WO3在2．5V加热电压下对5000ppm的CH4灵敏度均接近2．6．分析结果认为气相法制备的材料是非晶态的混合物,晶形呈菱形八面体状,晶粒间的缺陷是增加元件对CH4灵敏度的主要原因．     

比药量对水爆炸抛撒成雾运动特性的影响

采用高速摄像法记录爆炸水雾运动过程,研究不同比药量对爆炸水雾运动特性的影响,分别获得了不同比药量条件下,爆炸水雾的径向半径、径向速度、加速度以及轴向高度与时间的关系曲线.同时还对水雾运动的特性和形状作了定性分析.试验结果表明:在炸药爆炸能量作用下,水雾运动过程明显分为近场、中场和远场3个阶段,3个阶段持续的时间约为4~6、30和240ms;且随比药量增大,爆炸水雾初始抛撒半径、抛撒速度和抛撒均匀性增大.     

N2与CH4对CO2非混相驱油效果的影响

在矿场应用中,注入CO2中混有的杂质气体会影响其驱油效果.为制定更加合理有效的开发方案,有必要研究杂质气体对CO2驱的影响.利用油藏数值模拟方法,在纯CO2气体注入参数优化的基础上,研究了N2与CH4两种杂质气体对CO2非混相驱体积波及系数、驱油效率、油井见气时间和采收率的影响;以尽量提高原油采收率为目标,确定了注入气中杂质气体的临界含量.结果表明,杂质气体的存在会导致CO2非混相驱体积波及系数增大,驱油效率降低,油井见气时间缩短;注入的CO2中N2的摩尔分数最高不应超过5%,CH4的摩尔分数最高不应超过14%.     

CO2、CH4在改性MFI沸石中吸附的分子模拟

采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法研究了CO2、CH4在全硅MFI沸石和MFI(4Na+)沸石中的吸附行为,计算获得了CO2、CH4在两种架构中的吸附等温线、吸附能量分布曲线和粒子云分布图,结果表明:CO2、CH4纯组分在较低压力下有较高的吸附量,并且吸附量随压力的增大而增加,随温度的升高而小幅减少,其混合组分在两架构中均发生明显的竞争吸附行为;Na+的存在使MFI型沸石对CO2的吸附能力和选择性得到增强.     

燃气爆炸对结构破坏的分析

随着天然气使用的越来越普及,燃气爆炸在国内外时有发生且造成人员伤亡和财产损失.经过网上收集和亲临现场收集的资料,文中列举了国内一些典型的爆炸事故.结合爆炸案例及相关文献,指出了燃气爆炸引起的结构破坏特点及一些防治对策,重点对砌体结构构造柱和圈梁提出了一些建议,希望能够形成弱框架体系,形成砌体结构的第二道防线,防止砌体结构的连续倒塌.