首页 > 学术论文

水平管道内甲烷—空气预混气体爆炸过程研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 17:04:06
热度:

水平管道内甲烷—空气预混气体爆炸过程研究【摘要】:随着煤矿开采深度的进一步加深,瓦斯涌出量急剧增加,瓦斯爆炸灾害的威胁也日益严重。我国煤矿所发生的特大事故大多属于瓦斯爆炸事故,要防

【摘要】: 随着煤矿开采深度的进一步加深,瓦斯涌出量急剧增加,瓦斯爆炸灾害的威胁也日益严重。我国煤矿所发生的特大事故大多属于瓦斯爆炸事故,要防治瓦斯爆炸事故,首先要掌握瓦斯爆炸特性参数(如爆炸极限、爆炸压力以及火焰传播速度)的变化规律及其影响因素。 研究气体爆炸常用的装置有20L圆柱型罐体、1m3球型罐等,但这些装置并不适于用来研究瓦斯爆炸;研究瓦斯爆炸现象需要借助于模拟巷道或实验管道,通过实验或模拟找出瓦斯爆炸特性参数。为此,本文建立了一套新的水平管道式气体爆炸实验系统,管道最长可达9.7m,内径为0.14m,长径比为70,该系统包括水平管道式燃烧爆炸管、爆炸压力测试系统以及自行设计的电气控制系统和火焰速度测试系统,并完成了对整个实验系统的安装调试,使之达到了实验要求。 瓦斯的主要成分是甲烷(CH4),因此瓦斯爆炸可以看作是甲烷-空气(CH4-Air)预混气体在外界火源诱导激发下的爆炸过程。本文利用新建立的水平管道式气体爆炸实验系统对甲烷-空气预混气体的爆炸过程进行了系统研究。首先在0.7m管道内对甲烷的爆炸极限进行了实验研究,结果表明在本文所采用的实验条件下甲烷爆炸极限范围为5%-15%;在甲烷爆炸极限范围内选取了5种不同浓度的甲烷,对其爆炸压力进行了实验研究,结果表明甲烷的最佳爆炸浓度为10%,在该浓度下甲烷的爆炸压力和爆炸压力上升速率最大,达到最大爆炸压力的时间最短;用自行设计的火焰速度测试系统分别对9.7m光滑管道和置障管道内甲烷爆炸火焰传播速度进行了实验研究,实验结果表明甲烷在置障管道内的火焰传播速度明显大于其在光滑管道内的火焰传播速度,在管道两端密闭的条件下无论是光滑管道还是置障管道火焰传播速度均随其在管道内传播距离的增大而减小。 针对管道长度、障碍物、配气方法和传感器安装深度等因素对管道内甲烷-空气预混气体爆炸压力的影响开展了对比性的实验研究。通过三种不同长度管道内的甲烷爆炸实验发现3.1m管道内甲烷的爆炸压力和爆炸压力上升速率最大,同时二者还随爆炸波在管道内传播距离的增大而增大;以阻塞率为60%的圆环型障碍物为例,通过实验研究了障碍物对甲烷爆炸压力的影响,结果表明当障碍物数量为3片时甲烷的爆炸压力和爆炸压力上升速率最大,二者在置障管道内随爆炸波在管道内传播距离的增大呈现出先减小后增大的变化规律;针对传统的两端配气法对长管道配气时气体混合均匀度低的问题,自行设计了一套配气装置并建立了多点多节配气法,结果表明多点多节配气法可显著提高长管道内甲烷-空气预混气体的均匀度,对于体积浓度为10%的甲烷气体,气体混合均匀度越高其爆炸压力和爆炸压力上升速率越大;改变传感器在管道内的安装深度可使传感器敏感面位于管道直径方向四个不同的位置,通过对这四个位置甲烷的爆炸压力的实验研究发现随着传感器敏感面到管道中心距离的增大,甲烷最大爆炸压力及最大爆炸压力上升速率依次减小,管道中心处的最大爆炸压力约为管道壁面最大爆炸压力的1.8倍。 利用Fluent软件对管道内甲烷-空气预混气体爆炸过程进行了数值模拟。针对甲烷-空气预混气体分别在光滑管道和置障管道内的爆炸火焰阵面进行了模拟,并将数值模拟结果与实验结果进行了对比分析,结果表明二者有较好的一致性。 【关键词】:管道 甲烷-空气预混气体 气体爆炸 障碍物 数值模拟
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TD712.7
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-12
  • 1 绪论12-23
  • 1.1 选题的背景和意义12-14
  • 1.2 国内外研究进展14-21
  • 1.2.1 可燃气体爆炸特性研究进展14-20
  • 1.2.2 管道内可燃气体爆炸特性数值模拟研究进展20-21
  • 1.3 前人研究的不足与本文研究的目的21-22
  • 1.4 本文研究内容22-23
  • 2 可燃气体爆炸的相关理论23-41
  • 2.1 可燃气体爆炸的基本形式23-26
  • 2.2 可燃气体爆炸的基本参数26-31
  • 2.3 可燃气体爆炸的影响因素31-36
  • 2.4 可燃气体火焰加速机理36-40
  • 2.5 本章小结40-41
  • 3 水平管道式实验系统的建立41-53
  • 3.1 实验系统的设计41-50
  • 3.1.1 管道设计41-43
  • 3.1.2 电气控制系统设计43-47
  • 3.1.3 爆炸压力测试系统设计47-48
  • 3.1.4 火焰速度测试系统设计48-50
  • 3.1.5 其它设备50
  • 3.2 实验系统的安装调试50-52
  • 3.2.1 实验系统气密性考核50-51
  • 3.2.2 爆炸压力测试系统考核51-52
  • 3.3 本章小结52-53
  • 4 甲烷爆炸特性的实验研究53-65
  • 4.1 甲烷爆炸极限的实验研究53-55
  • 4.1.1 实验方法及条件53-54
  • 4.1.2 实验结果及分析54-55
  • 4.2 甲烷爆炸压力的实验研究55-60
  • 4.2.1 实验方法及条件55-56
  • 4.2.2 实验结果及分析56-60
  • 4.3 甲烷爆炸火焰传播速度的实验研究60-64
  • 4.3.1 实验方法及条件60-62
  • 4.3.2 实验结果及分析62-64
  • 4.4 本章小结64-65
  • 5 甲烷爆炸压力影响因素的实验研究65-90
  • 5.1 管道长度对甲烷爆炸压力的影响研究65-72
  • 5.1.1 实验方法及条件65
  • 5.1.2 3.1m管道内甲烷爆炸压力的实验研究65-68
  • 5.1.3 9.7m管道内甲烷爆炸压力的实验研究68-69
  • 5.1.4 不同长度管道内甲烷爆炸压力的对比分析69-72
  • 5.2 障碍物对甲烷爆炸压力的影响研究72-78
  • 5.2.1 实验方法及条件72-74
  • 5.2.2 实验结果及分析74-78
  • 5.3 配气方法对甲烷爆炸压力测试的影响研究78-84
  • 5.3.1 实验方法及条件79-80
  • 5.3.2 实验结果及分析80-84
  • 5.4 传感器安装深度对甲烷爆炸压力测试的影响研究84-88
  • 5.4.1 实验方法及条件84-85
  • 5.4.2 实验结果及分析85-88
  • 5.5 本章小结88-90
  • 6 管道内甲烷爆炸过程的数值模拟研究90-105
  • 6.1 气体爆炸数学物理模型及数值方法90-97
  • 6.1.1 基本控制方程90-91
  • 6.1.2 k-ε湍流模型91-92
  • 6.1.3 湍流火焰速度92-93
  • 6.1.4 燃烧模型93-95
  • 6.1.5 壁面函数95-97
  • 6.2 约束条件下可燃气体爆炸的理论模型97-98
  • 6.3 数值模拟计算条件98-99
  • 6.3.1 密闭管道模拟计算域98
  • 6.3.2 二维网格划分98-99
  • 6.4 初始条件及边界条件99-101
  • 6.4.1 流场初始化条件99
  • 6.4.2 边界条件99-101
  • 6.5 数值模拟结果及分析101-104
  • 6.5.1 管道内有/无障碍物的比较分析101-102
  • 6.5.2 障碍物的数量对火焰阵面的影响102-103
  • 6.5.3 数值模拟结果与实验结果的对比103-104
  • 6.6 本章小结104-105
  • 7 结论105-108
  • 7.1 本文的主要研究结论105-106
  • 7.2 本文的研究特色与创新106-107
  • 7.3 本文的不足与研究展望107-108
  • 参考文献108-117
  • 攻读博士期间的主要研究成果117-118
  • 致谢118


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

瓦斯爆炸事故树分析    张金山;王付强;程志明;万首强;

可燃性气体泄爆动力学机理研究    任少峰

变直径管及弯管对瓦斯爆炸的影响研究    秦涧

易燃混合气体爆炸完全基元反应模型数值模拟    胡湘渝,张德良

2004年11—12月国内安全事故统计分析    王亚军,黄平,李生才

可燃气体(或蒸汽)爆炸特性参数测定    谭迎新,张景林,张小春

丙烷-空气爆燃波的火焰面在直管道中的加速运动    周凯元,李宗芬

障碍物和管壁导致火焰加速的三维数值模拟    杨宏伟,范宝春,李鸿志

障碍物对铝粉火焰加速作用的实验研究    刘晓利,李鸿志,叶经方,刘殿金

半开口管道中的氢/空气火焰加速和压力发展过程    余立新,孙文超,吴承康

激波诱导可燃气体爆燃的数值模拟    张艳,任兵,常熹钰,熊国清

管道内可燃物爆炸问题现状与研究方向    范喜生

可燃气云爆炸火焰加速机制的探讨    邵卫,毕明树,丁信伟,任振峰

受限空间气体爆炸传播及其动力学过程研究    王志荣

丙烷—空气预混火焰微观结构及加速传播过程中的动力学研究    陈先锋

预混火焰在微小通道中传播和淬熄的研究    喻健良

球形密闭容器内可燃气体爆炸过程的数值模拟    严清华

管道式可燃气体—粉尘爆炸试验装置设计    李延鸿

管道中甲烷—空气预混气爆炸火焰传播的研究    汪泉

密闭空间甲烷—煤尘复合爆炸强度研究    王洪雨

管道式可燃粉尘爆炸装置控制系统研究    刘琪

管道内预混可燃气体燃爆过程仿真研究    张宏翔

管道内障碍物对可燃气体燃爆影响的仿真研究    李帆

管道内障碍物对气体爆炸的影响研究    袁宏甦

中小煤矿的瓦斯爆炸危险性不比大煤矿大    王宝兴,经建生

煤矿瓦斯燃烧是怎样引起的?    王宝兴,经建生

瓦斯断电仪不是预防煤矿瓦斯爆炸的必要措施    王宝兴,经建生

带钢热镀锌数值模拟    袁银梅;李朝祥;

龙永煤田矿井瓦斯含量分析及防治对策    郭玉森;王德元;吴传始;

Wave dynamic processes in cellular detonation reflection from wedges    

隔爆原理在电气设备防爆技术中的运用    马贵春;

TNT粉尘爆炸特性研究    刘英;王晶禹;

气体爆炸安全措施评价    张玲玲;安琴;

2004年我国事故与灾害状况综述    冯长根

大型原油储罐全表面火灾动力学模拟研究    厉建祥;张卫华;陶彬;

甲烷-空气混合物预混火焰的结构特征研究    牛芳;刘庆明;宫广东;何学秋;白春华;

可燃性粉尘爆炸分析及预防措施研究    孙贵磊;

高能云爆炸药的爆炸效应    刘庚冉;曹保榆;

可燃气云爆炸研究进展    陈文瑛;

高压气体泄漏喷射和扩散的数值模拟    李伟;张奇;

煤矿井下巷道拐角效应及其对瓦斯爆炸传播的影响作用    林柏泉;朱传杰;

管道条件下瓦斯爆炸引起沉积煤粉尘二次爆炸的实验研究    胡双启;谭迎新;尉存娟;曹雄;张建忠;晋日亚;赵海霞;解朝变;

不同浓度甲烷/空气预混火焰结构特征    孙金华;陈栋梁;

瓦斯多元气体爆炸的特性与阻爆研究    邓军;罗振敏;王华;炎正馨;

受限空间煤尘爆炸传播及伤害模型研究    杨书召

点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究    李润之

电场作用下液体乙醇微细尺度层流扩散燃烧的实验与数值模拟    徐涛

受限空间煤尘爆炸冲击波传播衰减规律研究    程磊

爆轰法合成碳包覆金属纳米材料的研究    罗宁

气体动力学燃烧模型的初值问题    刘玉锦

高过载下装药及爆轰点传火技术试验与理论研究    张丁山

餐饮业烟道油垢自燃发火机理及细水雾自动灭火系统研究    谢正文

环境因素对火区气体运移的作用规律及致灾机理研究    苏福鹏

公路隧道运营风险评估及火灾逃生研究    赵峰

煤尘爆炸特性及抑爆技术实验研究    左前明

基于粒子系统的矿井瓦斯爆炸的模拟与研究    王伟伟

提高中速磨煤机出口温度的可行性研究    崔福兴

受限空间瓦斯爆炸过程中火焰精细结构特性的研究    宋小雷

管道内甲烷/空气预混火焰加速传播机理研究    陈明

16V240ZJE柴油机缸内燃烧过程数值模拟    王凤

75t/h秸秆锅炉过热器积灰数值模拟研究    王海

生物柴油喷雾特性及其在共轨柴油机上的试验研究    陈铁

燃气轮机燃烧室过渡段流场数值模拟    于征磊

定容燃烧弹实验数据处理技术的研究    刘磊

点火位置对独头巷道中瓦斯爆炸超压的影响    冯长根,陈林顺,钱新明

爆炸空气冲击波在巷道转弯处的传播特性    王云艳;覃彬;张奇;

点火能对液化石油气爆炸压力影响的试验研究    吴志远;胡双启;

气体爆炸抑制技术研究    张景林,肖林,寇丽平,王晶禹

变截面管道对瓦斯爆炸特性影响的数值模拟    郑有山;王成;

障碍物和管壁导致火焰加速的三维数值模拟    杨宏伟,范宝春,李鸿志

柱形容器开口泄爆过程中的火焰传播特性    胡俊,万士昕,浦以康,贾复,JAROSINSKI Jozef

氢氧爆轰波在变截面扩张管道中传播的数值模拟    孙宇峰,张德良,胡宗民,姜宗林

球形容器内气体的泄爆过程    师喜林;王志荣;蒋军成;

连通装置气体爆炸特性实验    王志荣;蒋军成;周超;

密闭空间障碍物条件下甲烷-空气爆炸实验    毕明树;董呈杰;

泄爆外流场的动力学机理研究    姜孝海

受限空间气体爆炸传播及其动力学过程研究    王志荣

矿井瓦斯爆炸冲击波传播规律及影响因素的研究    徐景德

液态碳氢燃料云雾爆轰及其抑制与泄放研究    姚干兵

甲烷/煤尘复合火焰传播特性及机理的研究    陈东梁

丙烷—空气预混火焰微观结构及加速传播过程中的动力学研究    陈先锋

矿井瓦斯煤尘爆炸传播规律研究    司荣军

预混火焰在微小通道中传播和淬熄的研究    喻健良

突出诱发瓦斯爆炸数值模拟及实证研究    杨春丽

丙烷空气预混火焰在90°弯曲管道内传播特性的实验和模拟研究    何学超

超细水雾抑制含障碍物甲烷爆炸的实验研究    秦文茜

泄爆过程中二次爆炸等异常现象的实验研究    杜志敏

多元爆炸性混合气体爆炸压力及其抑爆技术研究    吴志远

管道式可燃气体—粉尘爆炸试验装置设计    李延鸿

管道中甲烷—空气预混气爆炸火焰传播的研究    汪泉

管道中甲烷空气预混气体火焰加速实验研究与数值模拟    张雷

超细金属氢氧化物粉体抑制瓦斯爆炸实验研究    王秋红

变点火能作用下瓦斯爆炸火焰传播特征实验研究    黄文祥

一些典型管道煤气爆炸的数值模拟研究    沈玉玲,宁建国,卢捷

易燃混合气体爆炸完全基元反应模型数值模拟    胡湘渝,张德良

点火位置对独头巷道中瓦斯爆炸超压的影响    冯长根,陈林顺,钱新明

2004年11—12月国内安全事故统计分析    王亚军,黄平,李生才

2006年11—12月国内安全事故统计分析    王亚军;黄平;李生才;

一种新型的火灾传感器    姜卫利,王将魁,张平之

碳氢燃料空气混合物爆轰性能的研究    秦友花,沈兆武,向文

可燃气体(或蒸汽)爆炸特性参数测定    谭迎新,张景林,张小春

含能材料粉尘爆炸压力和压力上升速率的研究    汪佩兰,王海福,李盛,曾象志

铝粉燃烧诱导激波现象的数值模拟与实验研究    刘庆明,范宝春,李鸿志

开敞空间可燃气云爆炸的压力场研究    毕明树

重力对稀燃弱湍流预混V形火焰的影响    王岳

预混火焰燃烧不稳定性及其主动控制    曹红加

甲烷、煤尘火焰结构及传播特性的研究    刘义

可燃性气云爆炸研究    金果

小型高精度延时电路设计技术    余军红

管道内预混可燃气体爆炸与抑爆的研究    周崇

管道内预混可燃气体爆炸抑制技术的研究    孟伟

内置障碍物受限空间内可燃气体爆炸数值模拟    梁春利

煤的低温氧化实验及对模拟试验数值模拟研究    叶振兴

预混火焰在平板狭缝中传播与淬熄的研究    胡春明

煤尘—甲烷爆炸的实验研究    王岳

微型圆管结构对火焰传播抑制作用的数值模拟    李江涛

管道中甲烷—空气预混气爆炸火焰传播的研究    汪泉

热效应引起瓦斯燃爆的实验研究    陈东梁,张立,颜事龙

障碍物对管道中预混火焰压力发展的实验研究    程浩力;刘德俊;

可回收废油料的爆炸过程研究    周霞;刘然;

浅析影响工业炸药爆炸后有毒气体含量的因素    彭云昆;

连通容器内预混气体爆炸过程的实验研究    严建骏;蒋军成;王志荣;

连通器内预混气体泄爆过程的数值模拟    师喜林;蒋军成;

混合份贮槽爆炸原因分析    黄明;杨清民;

爆炸    人坤;

密闭受限空间可燃气体爆炸特性数值模拟研究    王博;陈思维;

油气管道中可燃气体爆炸特性的数值模拟    张峥;陈思维;杜杨;

钢纤维混凝土抗爆炸数值模拟    焦楚杰;周云;孙伟;高培正;

金属粉末电爆炸过程的实验研究    周刚毅;董新龙;刘军;

低电压冲击片雷管设计    蒋小华;只永发;祝明水;

TNT炸药水下爆炸压力场的SPH模拟研究    杨刚;韩旭;

300kV软管闪光X光机    曹科峰;李延年;郜玉栋;田青;

爆炸冲击波测试的干扰问题    李国强;

C_(20)离子团簇在氧化物中穿行时库仑爆炸过程的理论研究    尹晓明;宋远红;王友年;

多能源多群γ-EMP计算方法    尹文华;

球形炸药的水下爆炸场仿真    成伟;

管内燃烧爆炸过程中火焰与方柱相互作用研究    应展烽;陈志华;范宝春;

立定摸高    崔友岭

公安部给市消防支队记三等功    记者 仲明特约记者 陈天斌

“兴登堡”号飞艇爆炸    庆 云

浅谈小区车辆摆放实现标准化管理的意义    兴隆台区消防大队 刘志军

科学家发现超新星爆炸残留物    彭东

“两弹”功勋朱光亚    何 能

吴文俊贺贤土论说计算机怎样挑战数学物理学    本报记者 朱广菁

激波吹灰技术节能效果好    刘群 特约记者 张宇

中国煤化工事业的新起点    本报记者 李炜 王登文

让喇叭担当AV重任    徐敏荣

水平管道内甲烷—空气预混气体爆炸过程研究    尉存娟

激光多普勒效应远距离测量爆炸过程动态参数的研究    邵磊

瓦斯(煤尘)爆炸物证特性参数实验研究    刘贞堂

甲烷/煤尘复合火焰传播特性及机理的研究    陈东梁

点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究    李润之

微型燃烧器内燃烧与传热特性研究    李艳霞

矿井瓦斯煤尘爆炸传播规律研究    司荣军

外置瑞士卷多孔介质燃烧器特性研究    马培勇

突出诱发瓦斯爆炸数值模拟及实证研究    杨春丽

矿井瓦斯爆炸感应期内反应动力学分析及光学特征研究    李孝斌

预混气体在惰性多孔介质内燃烧的实验和数值模拟初步研究    董帅

球形密闭容器内可燃气体爆炸过程的数值模拟    严清华

管道内甲烷—空气预混气体火焰传播特性和结构特征的研究    韩学斌

受限空间瓦斯爆炸过程中火焰精细结构特性的研究    宋小雷

甲烷爆炸特性及其抑爆技术研究    李凌飞

连通容器内可燃气体爆炸影响因素的数值分析    姚世琪

管道内硅酸铝棉抑爆特性研究    杨晨

空腔解耦条件下岩土体动力响应研究    付清胜

激光激活气体反应分子助燃CH_4/O_2/N_2燃烧的数值研究    伊亚超

爆炸磁频率发生器原理及材料设计研究    吴冬