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。     

电场对瓦斯爆炸影响的研究

在实验的基础上研究了电场对瓦斯爆炸过程中火焰传播和爆炸波的影响，研究结果表明：外加电场对瓦斯爆炸的影响不稳定，随着电场强度的增加对瓦斯爆炸影响加剧，其火焰速度及峰值、压力波超压峰值也会增大，从理论上分析了电场对瓦斯爆炸的影响。     

电磁场对瓦斯爆炸过程中火焰和爆炸波的影响

在实验的基础上,研究了电磁场对瓦斯爆炸过程中火焰传播和爆炸波的影响.研究结果表明：电磁场对瓦斯爆炸过程影响非常明显,加电磁场后瓦斯爆炸火焰传播速度和爆炸波超压均比光滑管道有大幅提高,而且随着电磁场强度的增加,影响程度加强.基于电磁场对瓦斯爆炸传播特性的实验结论,从理论上分析了电磁场对瓦斯爆炸的影响机理,并对实验现象做出了合理的解释.但是由于电场与磁场在瓦斯爆炸过程中的互相制约,电磁场效应不是磁场效应和电场效应简单的相互加剧关系.     

壁面粗糙度对瓦斯爆炸过程中火焰传播和爆炸波的作用

在试验的基础上,研究了瓦斯爆炸过程中壁面粗糙度对火焰传播速度和超压的影响。研究结果表明:壁面粗糙度对瓦斯爆炸过程影响非常明显,粗糙管道的火焰速度和超压均比光滑管道有大幅提高,得出了不同粗糙度时火焰速度峰值和压力波超压峰值的变化规律。     

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。     

空腔长度对瓦斯爆炸冲击波传播影响研究

通过自行搭建的管径为200 mm、长度为36 m大型圆管瓦斯爆炸试验系统,在量纲分析基础上开展了附设长径比分别为1.5,2.5和4这3种不同单一空腔条件下瓦斯爆炸传播特性试验研究。结果表明:空腔消减整体火焰锋面能力与长径比呈正相关关系,且同时会增加二次火焰,但二次火焰增加量随长径比增加而逐渐减少,其中长径比为4时火焰锋面衰减因子为0.091且二次火焰消失;峰值超压衰减因子与空腔长径比符合指数函数关系,且存在临界长径比,当长径比大于临界长径比时,空腔对峰值超压具有明显消减作用,其中长径比为4时峰值超压衰减因子为0.696;不同长径比空腔对超压冲量均呈增强作用,只是随长径比增加,超压冲量增强幅度有所减小,根据超压-冲量准则,若单一空腔能将峰值超压降低至临界超压以下,则有抑爆效果,否则对瓦斯爆炸冲击波没有明显消减作用。     

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。     

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。     

柔性障碍物厚度对甲烷爆炸激励效应影响的实验研究

为了研究柔性障碍物对甲烷爆炸激励效应的影响,分别设计了无膜片、有0.09 mm膜片和有0.1 mm膜片的实验工况,通过爆炸压力峰值、火焰速度等特征参数,研究柔性障碍物的厚度对甲烷爆炸激励效应的影响。实验结果表明:加膜片后甲烷爆炸超压与火焰速度明显高于未加膜片;0.09 mm膜片和0.1 mm膜片的甲烷爆炸实验最大超压分别为0.53、0.6 MPa,增加膜片厚度,火焰速度峰值随之升高20.85%。同时利用激光纹影系统记录了膜片破裂后激波与火焰在流场中的传播过程。     

掘进巷道内瓦斯爆炸传播规律

针对矿井瓦斯安全现状的变化,借助管径0.1 m×0.1 m、管长20 m的实验管道模拟研究了掘进巷道内瓦斯爆炸的传播规律。研究结果表明:掘进巷道内局部瓦斯超限爆炸后,火焰传播速度会先增长后衰减,最大爆炸超压峰值沿传播方向上呈现"双凹形"的分布规律,最大爆炸超压峰值和火焰传播速度的相互关系可分为4段。     

超细水雾-多孔材料协同抑制瓦斯爆炸实验研究

为探究超细水雾与多孔介质在协同作用下对多孔介质淬熄效果以及多孔介质上游爆炸超压的影响,自行设计并搭建了尺寸为80 mm×80 mm×1 000 mm透明有机玻璃瓦斯爆炸管道实验平台,研究超细水雾质量分数、多孔材料孔径及孔隙率对9. 5%甲烷压的协同抑制效果。实验结果表明,改变超细水雾质量分数、多孔材料孔径以及孔隙率,在多孔材料上游,最大火焰传播速度和最大爆炸超压有着显著变化,随着超细水雾质量分数增加,火焰锋面传播速度峰值和爆炸超压逐渐减小,爆炸超压峰值出现时间随之缩短,而随着孔径的减小,火焰锋面传播速度也逐渐减小,压力衰减率明显增加。同时,超细水雾和多孔材料的组合方式对瓦斯爆炸具有耦合抑制作用,管道内通入超细水雾可吸收反应区大量热能,降低反应速率与火焰传播速度,此外多孔材料的存在吸收了部分前驱冲击波,破坏正反馈机制,因此两者协同抑制优于单一抑制效果。放置在管道中的多孔材料使得传播火焰淬熄,且添加的超细水雾降低了多孔材料上游的超压,但是一旦多孔介质淬熄失败,火焰湍流加剧,可能会导致更为严重的事故发生。此外,与9. 5%甲空气预混气相比,孔隙率为87%,孔隙密度为20 PPI和超细水雾质量浓度为1 453. 1 g s,下降比例达到44. 23%,且多孔材料上游的最大爆炸超压为6. 13 kPa,降低了40. 62%,抑制效果最明显。     

点火能量对瓦斯爆炸传播影响的实验研究

在Φ700 mm管道中进行了瓦斯爆炸压力峰值、火焰传播速度的试验研究,对不同点火能量条件下的瓦斯—空气混合气体爆炸试验研究结果表明:爆炸压力峰值在沿管道的传播过程中,从爆源点附近是先增大后减小,然后再逐渐增大的,且最大压力峰值出现在出口附近;火焰传播速度随着传播距离的增大而逐渐增大;点火能量对爆炸压力峰值、火焰传播速度等都有重要影响。这些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的制订奠定了理论基础,也为煤矿瓦斯爆炸事故调查分析提供了理论依据。     

瓦斯爆炸火焰锋面参数测试技术实验研究

 为了探究煤矿瓦斯爆炸事故中瓦斯爆炸火焰锋面特征,在实验室模拟巷道的小型管道内进行瓦斯爆炸火焰传播实验。在管道内同一截面处,利用微细热电偶、离子探针、压力传感器及光电传感器同时测得了火焰锋面温度、离子电流强度、压力、光信号。对四种火焰锋面参数信号比较分析,结果表明：传播火焰阵面的火焰光信号、温度信号、离子电流信号稍快于压力信号,瓦斯浓度为10.17%的传播火焰在测点处火焰锋面最高温度值为1238.8℃,最高压力值为2.28atm,最高离子电流强度值为258nA;处理热电偶温度信号计算出的火焰锋面厚度为44.8cm和离子电流信号计算出的火焰锋面厚度为68.5cm,两者属于同一数量级。实验结论为进一步认识瓦斯爆炸火焰锋面在瓦斯爆炸事故中的作用和矿井防爆设备和预警设计提供一定的参考依据。     

荷电细水雾抑制瓦斯爆炸实验研究

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸的抑制效果以及抑爆机理,根据静电感应原理,自行设计了小尺寸的荷电细水雾发生装置,并开展了荷电细水雾抑制瓦斯爆炸的实验研究。实验分析了在不同荷电极性、荷电电压以及雾通量下,荷电细水雾对瓦斯爆炸压力和火焰传播速度的影响。结果表明:荷电细水雾较普通细水雾能更有效地降低瓦斯爆炸压力峰值以及火焰传播速度,且随着荷电电压的增大,荷电细水雾的抑爆效果显著增强。同时荷负电荷的细水雾较荷正电荷的细水雾抑爆效果更好。当荷电电压为8 k V时,荷电细水雾使瓦斯爆炸压力峰值下降64.7%,升压速率下降33.03%,火焰传播速度下降34.9%。     

Experimental study on gas explosion suppression based on ferrocene

In order to study the gas explosion suppression performance based on ferrocene, the self-constructed experimental facility was used to accomplish the experiment of gas explosion suppression. By means of thermogravimetric analysis, the thermal characteristics of ferrocene have been gotten and the gas explosion suppression mechanism of ferrocene has been analyzed. The results show that ferrocene had good effects on gas explosion suppression, and the explosion pressure and flame propagation speed declined obviously. When ferrocene concentration is 0.08 g/L and methane volume concentration is 9.5%, the maximum explosion overpressure and maximum flame propagation speed of methane-air respectively decreased by about 59.5% and 19.6%, respectively. TG and DSC curves showed that the mass loss of ferrocene consists of two processes, which are sublimation and lattice fracture. The temperature of mass loss ranged from 128 °C to 230 °C. The results showed profoundly theoretical significance to gas explosion suppression by ferrocene in coal mines.     

二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸的实验研究

为了研究受限空间内二氧化碳-超细水雾对甲烷爆炸的影响,通过自行设计的120mm×120mm×840mm半封闭透明的甲烷爆炸实验台,开展不同气雾比二氧化碳-超细水雾对化学当量比甲烷-空气预混气体的抑爆研究。实验结果表明：二氧化碳和超细水雾结合的抑爆效果要优于单独使用任何一种抑制剂效果之和;CO2体积分数一定的情况下,甲烷气体的爆炸压力、压升速率和爆炸火焰的传播速度均随着超细水雾体积量的增加而明显减小。当单独加入体积分数为2%CO2和1.4mL超细水雾时,两种工况下压力峰值下降之和为72.3mbar;而在两者共同作用下,9.5%甲烷爆炸的超压峰值下降了92.95mbar,说明二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸时具有协同效应。