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。     

瓦斯爆燃火焰在狭缝中的动态传播及淬熄特性

为研究狭缝对瓦斯爆燃火焰的阻燃机理,在单步不可逆化学反应和EBU-Arrhenius燃烧模型基础上,对不同火焰初始速度和狭缝间距的瓦斯爆燃火焰动态传播规律及淬熄特性进行数值模拟。数值结果表明,在火焰初始速度小于167 m/s且狭缝间距小于1.2 mm条件下,瓦斯爆燃火焰在狭缝中均有可能发生淬熄。淬熄距离与火焰初始速度及狭缝间距有关,即初始火焰速度或狭缝间距越小,淬熄距离将随之减小,火焰越容易被阻燃。实验验证表明,数值模拟结果与实验数据吻合较好,但是当火焰初始速度增大时计算误差随之增大,其原因是由于湍流强度增大使淬熄温度发生变化。     

巷道瓦斯爆炸传播规律的试验研究

为了得到巷道瓦斯爆炸时的传播规律,利用大型试验巷道对不同质量、浓度的瓦斯-空气混合物的爆炸过程及传播规律进行了试验研究,分析了瓦斯爆炸时最大爆炸压力的时空变化特征、瓦斯爆炸火焰速度变化特征、火焰波及范围变化特征等规律,得出:1)最大爆炸压力的峰值较大,且随着瓦斯量的增加,出现最大压力峰值的位置距爆源点更近;2)最大爆炸压力呈现时间随与爆源的距离增大单调增加;3)随着瓦斯量增大,火焰传播速度绝对值明显增大,火焰传播速度最大点距爆源距离减小;4)火焰区长度可达原始瓦斯积聚区长度的3～6倍,但火焰传播距离并不与瓦斯量的增加成正比.研究所得结论可为矿井瓦斯事故的预防和治理提供参考.     

基于巷道不同截面内瓦斯爆炸传播规律的研究

为进一步探究巷道截面变化情况下瓦斯爆炸传播规律的差异性,主要针对巷道截面突然缩小与巷道渐缩两种情况,对瓦斯爆炸传播动力特征进行Fluent数值仿真模拟。研究结果表明:突然缩小巷道内爆炸火焰的传播速度要明显大于渐缩巷道内爆炸火焰的传播速度。对于截面突然缩小巷道,瓦斯爆炸冲击波在巷道截面突变处峰值瞬间超压,达到最大值。对于截面逐渐变小巷道,爆炸冲击波峰值超压随着传播距离的增大而增大,但是整体上增大的幅度仍然不是很大。     

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.     

瓦斯爆炸在抽放管路中传播特征的研究

为了更好地研究抽放管路中瓦斯爆炸特征及火焰传播规律,通过搭建试验平台的方法模拟直管、分叉管路中低浓度瓦斯爆炸特征及燃烧规律,实验结果表明:在直管道爆炸实验过程中,其出口附近显现最大压力峰值,且传播的距离越长,火焰传播速度越快;在分叉管道爆炸实验过程中,每一个分叉点即为一处扰动源,该扰动源主要增大了气流湍流度,螺旋环对管内气流产生较大扰动,气流流动的湍流程度增大,爆炸波强度随之快速增大。     

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.     

障碍物对巷道瓦斯爆炸传播影响数值模拟研究

采用流体力学软件FLUENT对不同障碍物情况下巷遭瓦斯爆炸过程进行数值模拟,研究了障碍物对爆炸传播的影响。模拟结果清晰地显示了巷道瓦斯爆炸火焰传播过程,并且表明巷道障碍物的存在会产生湍流现象加速火焰传播,增大瓦斯爆炸的危害,因此巷道中应尽量减少不必要的障碍物存在。     

瓦斯爆燃火焰在波纹阻火器内淬熄特性分析

研究瓦斯爆燃火焰淬熄规律是开发防爆抑爆技术的基础。为有效抑制井下爆燃事故,探究瓦斯爆燃火焰在微细孔道内部的发展规律,以波纹型阻火器为研究对象,采用大涡模拟耦合有限速率/涡耗散模型的方法对波纹型阻火器阻火单元内甲烷/空气预混火焰的淬熄过程进行三维模拟。研究基于阻火单元内部温度和化学反应速率的瞬态特征,分析了火焰淬熄机理以及入口火焰速度和壁面温度对淬熄过程的影响。结果表明,火焰在波纹型阻火器内的传播受入口处火焰和内部燃烧化学反应的共同影响;火焰速度和内部燃烧化学反应速率都随着火焰传播距离的增长逐渐降低,但内部燃烧化学反应对火焰传播的影响逐渐占据主导。阻火器壁面对燃烧化学反应有重要影响,减小燃烧化学反应区域有利于火焰的淬熄。火焰速度和燃烧化学反应速率间存在相互促进关系。入口火焰速度越大,淬熄距离越远;随着入口火焰速度增大,影响逐渐减小,火焰淬熄距离增速减小。壁面温度的改变对化学反应速率影响较小;提高壁面温度将阻碍壁面散热,使熄灭层厚度减小。壁面温度越高,火焰淬熄距离越远;入口火焰速度越大,淬熄距离增长越明显。当壁面温度足够大时,火焰将穿过阻火器,造成阻火器失效。     

密闭长管内甲烷-空气爆炸火焰传播数值模拟

用LES湍流模型与预混燃烧模型对直径 D=104 mm,长度 L=2 400 mm的圆柱形容器内甲烷-空气预混爆炸进行了数值模拟,模拟最大爆炸压力与实验结果吻合。结果表明,混合气体被引燃后,火焰速度快速增加,接下来火焰速度突然下降;火焰传播过程中出现郁金香火焰,它的形成与中心区域逆流和容器壁的相互作用有关;在郁金香型火焰面后出现涡团,该涡团对层流燃烧转变为湍流燃烧起到重要作用。研究内容揭示了密闭长管内气体爆炸火焰传播规律。     

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。     

工业容器气体泄爆实验研究

为了给降低受限空间爆炸事故的发生率提供依据,揭示约束条件下甲烷-空气预混气体爆炸动力学过程,研究气体爆炸时压力与速度相互作用的规律,利用小尺寸爆炸实验平台,采用唯象法捕捉气体爆炸过程中的动态影像,宏观上揭示火焰传播的变化特征,并利用高速摄影、纹影系统直观地记录火焰传播的瞬态过程以及层流向湍流转变的过程。通过实验研究了不同泄压口比率和不同泄压膜强度时的泄爆规律。实验数据表明,受限环境中爆炸压力不仅决定火焰的传播速度,还影响火焰的结构变化。     

超细水雾抑制瓦斯爆炸的可行性研究

利用超细水雾冷却效率高,吸热效果好的特点,对“瓦斯—空气”混合气体在不同量超细水雾氛围内的爆炸过程进行了初步的实验研究。实验发现在超细水雾氛围内,瓦斯爆炸的火焰传播速率明显降低,起爆阶段的火焰传播加速度也有较大幅度的降低,火焰在实验管道内的传播时间显著延长,并且发生了火焰驻停现象,但爆炸感应期变化不大。这表明超细水雾较高的吸热效率有效地消耗了瓦斯爆炸燃烧生成的一部分热量,削弱了火焰传播的能量。如果在超细水雾中再加入某些能够起到化学抑制作用的添加剂,形成含添加剂的超细水雾,就能更为有效地抑制瓦斯爆炸火焰的传播。     

瓦斯爆炸火焰温度与传播速度关系的实验研究

在实验的基础上对瓦斯爆炸传播过程中火焰温度和传播速度间的相互关系进行了研究,并分析了火焰温度诱导火焰加速的机理。研究结果表明:火焰温度和传播速度的变化趋势是一致的,但火焰温度对传播速度的影响较为明显,随着温度的升高,火焰传播速度不断增大。分析认为高温促进甲烷的分解产生更多的自由基,且自由基在高温条件下易于扩散,反应更为剧烈是火焰加速的诱因。     

电磁场对瓦斯爆炸影响的实验研究与理论分析

在实验的基础上,研究了外加电磁场对瓦斯爆炸过程中火焰传播速度和超压的影响。研究结果表明:外加电磁场使瓦斯爆炸强度增加,使火焰速度、火焰速度峰值、压力波超压峰值增大,随着电磁场强度增加,其对瓦斯爆炸加剧作用增强。并从理论上分析了外加电磁场对瓦斯爆炸的影响。     

Experiment study on the propagation laws of gas and coal dust explosion in coal mine

The experiment of gas and coal dust explosion propagation in a single laneway was carried out in a large experimental roadway that is nearly the same with actual environment and geometry conditions. In the experiment, the time when the gas and coal dust explosion flame reaches test points has a logarithmic function relation with the test point distances. The explosion flame propagation velocity rises rapidly in the foreside of the coal dust segment and comes down after that. The length of the flame area is about 2 times that of the original coal dust accumulation area. Shock wave pressure comes down to the rock bottom in the coal dust segment, then reaches the maximum peak rapidly and comes down. The theoretical basis of the research and assemble of across or explosion is supplied by the experiment conclusion. Compared with gas explosion, the force and destruction degree of gas and coal dust explosion is much larger. Supported by the National Basic Research Program (973) (2005CB221506); the Open Research Fund Program of Shandong University of Science and Technology (MDPC0611)     

矿井瓦斯煤尘爆炸传播实验研究

煤矿中瓦斯爆炸容易引起煤尘参与爆炸,且掘进工作面是瓦斯煤尘爆炸事故的多发区域。在与实际矿井环境、几何条件相似的大型地下试验巷道中,进行了独头巷道瓦斯煤尘爆炸火焰、冲击波传播试验。试验中,瓦斯煤尘爆炸火焰到达各测点的时间与测点距离呈对数函数关系;爆炸火焰的传播速度在铺有煤尘段迅速上升,过了煤尘段开始下降;火焰区长度约为煤尘区长度的2倍;爆炸冲击波压力在铺有煤尘段前端降到最低值,然后迅速上升到最大值后下降。实验结论为煤矿隔抑爆装置的研制和安装提供了理论基础。瓦斯煤尘爆炸与单纯瓦斯爆炸相比,最大爆炸压力峰值大,火焰传播速度快;瓦斯煤尘爆炸的威力和破坏程度,要远远大于单纯瓦斯爆炸。因此,在煤矿实施防尘降尘技术,具有十分重要的意义。     

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.