密闭空间甲烷—煤尘复合爆炸强度研究

【摘要】： 在工业生产中，甲烷与煤尘复合爆炸事故所产生的危害主要体现在爆炸超压造成的破坏，所以对爆炸强度的主要影响因素进行深入、系统的研究，有助于为进一步提出可行的防爆、抑爆措施提供依据。 前人在这方面的研究工作基本上是针对某些特定工况条件下的试验结果，未能通过归纳总结得出定量规律。本文的研究思想是，通过系统的实验研究，得到密闭空间甲烷—煤尘复合爆炸的最危险工况，获得爆炸强度与甲烷煤尘混合比例、煤尘粒径、点火延迟时间之间的相互关系，并回归分析爆炸强度与特性参数之间的量化规律。在此基础上，建立热力学和化学反应动力学模型，探讨复合爆炸的理论计算方法。具体工作如下： (1)本文利用由压力变送器、数据采集卡、计算机和电极点火装置组成的密闭空间粉尘爆炸装置，建立了可燃气体与粉尘复合爆炸实验系统，系统的动态响应时间小于千分之一秒，测试精度为0.5级。 (2)通过对甲烷—煤尘混合物进行大量单因素复合爆炸实验，确定了在实验条件变化范围内，密闭空间内甲烷—煤尘复合爆炸的最危险爆炸条件为甲烷浓度为5％、煤尘浓度500g／m~3、煤尘粒径26μm、点火延迟时间40ms。 (3)实验结果表明：最大爆炸压力、最大压力上升速率和爆炸持续时间分别与甲烷浓度、煤尘浓度和点火延迟时间呈二次函数关系；最大爆炸压力、最大压力上升速率随着煤尘粒径的增大而不断减小，爆炸持续时间随着煤尘粒径的增大而不断增大。 (4)通过对密闭空间甲烷—煤尘复合爆炸的实验数据进行综合回归分析，得到了爆炸强度与甲烷浓度、煤尘浓度和煤尘粒径之间的定量关系式，从而为其他条件下的甲烷—煤尘复合爆炸提供了爆炸强度估算方法。 (5)在对实验现象分析的基础上，建立了密闭空间甲烷—煤尘复合爆炸过程的计算模型，提出了计算方法。通过计算结果与实验结果的对比分析，计算模型较好的反映了实际爆炸过程。 本文的创新点是： (1)对密闭空间甲烷—煤尘复合爆炸强度的主要影响因素进行了系统的实验研究，并通过实验数据的回归分析，得出了爆炸强度与特性参数之间的定量关系。 (2)建立了甲烷—煤尘复合爆炸模型，针对甲烷浓度、煤尘浓度和煤尘粒径对爆炸强度的影响进行了计算。通过计算结果与实验数据的比较，最大偏差为21.33％。 【关键词】：复合爆炸 甲烷 煤尘 爆炸强度
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TD714.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-29
• 1.1 粉尘爆炸概述11-22
• 1.1.1 粉尘爆炸理论11-12
• 1.1.2 粉尘爆炸的基本参数12-15
• 1.1.3 粉尘爆炸研究现状15-18
• 1.1.3 粉尘爆炸的预防和控制18-22
• 1.2 气体爆炸概述22-26
• 1.2.1 气体爆炸理论22-24
• 1.2.2 气体爆炸的基本参数24-25
• 1.2.3 密闭空间气体爆炸研究现状25-26
• 1.3 气体与粉尘复合爆炸研究进展26-28
• 1.4 本章小结28-29
• 2 实验装置29-35
• 2.1 Hartmanm装置的组成29-32
• 2.1.1 点火系统30
• 2.1.2 扬尘系统30-31
• 2.1.3 控制系统31
• 2.1.4 数据采集系统31-32
• 2.2 Hartmanm装置的功能32-33
• 2.2.1 爆炸压力和压力上升速率的测量32
• 2.2.2 粉尘爆炸浓度下限的测量32-33
• 2.2.3 粉尘爆炸浓度下限的测量33
• 2.3 实验所用煤尘和甲烷的选择33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 3 甲烷—煤尘复合爆炸强度的实验研究35-71
• 3.1 实验条件及步骤35-36
• 3.2 正交实验36-38
• 3.3 煤尘浓度、甲烷浓度变化对复合爆炸的影响38-49
• 3.3.1 煤尘浓度对最大爆炸压力的影响39-41
• 3.3.2 煤尘浓度对最大压力上升速率的影响41-43
• 3.3.3 甲烷浓度对最大爆炸压力的影响43-44
• 3.3.4 甲烷浓度最大压力上升速率的影响44-46
• 3.3.5 煤尘浓度、甲烷浓度变化对复合爆炸持续时间的影响46-49
• 3.4 煤尘粒径对复合爆炸的影响49-56
• 3.4.1 煤尘粒径对最大爆炸压力的影响50-52
• 3.4.2 煤尘粒径对最大压力上升速率的影响52-54
• 3.4.3 煤尘粒径对爆炸持续时间的影响54-56
• 3.5 点火延迟时间对复合爆炸的影响56-62
• 3.5.1 点火延迟时间对最大爆炸压力的影响57-59
• 3.5.2 点火延迟时间对最大压力上升速率的影响59-62
• 3.6 实验结果的回归分析62-68
• 3.6.1 最大爆炸压力的回归62-68
• 3.6.2 最大压力上升速率的回归68
• 3.6.3 爆炸持续时间的回归68
• 3.7 甲烷—煤尘复合爆炸危险性分析68-70
• 3.8 本章小结70-71
• 4 甲烷—煤尘复合爆炸强度的计算分析71-80
• 4.1 理论假设71
• 4.2 基本参数71-72
• 4.3 爆炸产物量及燃烧放热量的计算72-73
• 4.4 煤尘分解吸收热的计算73-74
• 4.5 临界粒径的计算74-76
• 4.6 爆炸压力的计算76-77
• 4.7 计算结果与实验结果的对比77-79
• 4.8 本章小结79-80
• 结论80-81
• 参考文献81-84
• 附录A 符号说明84-86
• 附录B 实验数据86-100
• 附录C 纯煤尘爆炸实验数据100-101
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况101-102
• 致谢102-103

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