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甲烷—空气爆炸火焰传播的微观研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 17:24:59
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甲烷—空气爆炸火焰传播的微观研究【摘要】:可燃气体的爆炸是我国工业生产行业中爆炸危害频发的主要事故之一,其中尤以煤矿瓦斯爆炸事故最为常见,极大损害了劳动人民的生命和财产安全,爆炸的

【摘要】:可燃气体的爆炸是我国工业生产行业中爆炸危害频发的主要事故之一,其中尤以煤矿瓦斯爆炸事故最为常见,极大损害了劳动人民的生命和财产安全,爆炸的频发与严重后果使受害群众身体和心理上都蒙受巨大阴影。因此,研究管道内气体爆炸火焰传播特性及其机理将能使企业更好地预防和控制管道内气体爆炸灾害的发生和发展。近年来,对气体爆炸火焰传播过程的研究越来越受到人们的重视,研究内容也更加广泛。 本论文利用中北大学防火防爆安全工程技术研究中心自制的透明管道气体爆炸测试装置,采用高速摄像技术测试气体爆炸过程火焰传播的情况,对常温、常压下甲烷空气混合气体的燃烧爆炸过程进行了一定的试验研究,得出相关结论如下: (1)建立了可燃气体爆炸火焰的微观试验系统,利用高速摄像机测定了甲烷爆炸火焰在水平管道中动态的微观传播过程,用MATLAB软件编写程序计算出火焰阵面即时传播速度。 (2)试验研究了管道内甲烷浓度在7%-13%范围内变化时火焰的出现、结束以及持续时间等传播情况,分析了甲烷在不同浓度下的火焰传播速度、火焰微观结构,得到其影响规律。试验结果表明,甲烷浓度在7-8%之间时速度没有明显变化,最大时约70m/s,增加浓度后火焰速度迅速上升,当量浓度时最大速度约130-140m/s,之后火焰速度开始减慢,在12%时略有回升,整体呈下降趋势。当量浓度下甲烷火焰出现时间在点火后32ms处,火焰传播很快,持续时间较短,约30ms。火焰出现时,以均匀的类球面向前传播,之后规则形状终止,转变为管壁方向分别加速,火焰面倾斜变形,50ms时最终生成郁金香状火焰;8%浓度和12%浓度的甲烷火焰出现时间均超过100ms,持续时间略长,分别为60和80ms。火焰形状的变化与当量浓度时类似。 (3)试验研究了1.3m、2.3m、3.3m三个不同管道长度时火焰传播特性,分析不同管道长度时火焰传播速度、火焰结构的变化规律。结果表明,火焰传播受管长的影响较大,表现为管长从1.3增加至2.3m时,爆炸更为剧烈,爆炸声更响亮,火焰亮度更强,火焰阵面扭曲变化激烈,火焰传播速度较短管中也增大;而继续增加管道长度至3.3m,所有浓度的甲烷均未发生爆炸,只有10%浓度时有微弱燃烧现象。加长管道后,火焰出现时间提前到早于80ms,持续时间约80ms。 【关键词】:管道 甲烷 气体爆炸 火焰传播 微观研究
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X932
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-11
  • 1 绪论11-20
  • 1.1 研究背景与意义11-13
  • 1.1.1 研究背景11-13
  • 1.1.2 研究意义13
  • 1.2 甲烷爆炸火焰研究现状13-17
  • 1.2.1 试验初始条件对甲烷爆炸火焰的影响13-14
  • 1.2.2 障碍物对甲烷爆炸火焰的影响14-16
  • 1.2.3 变截面和弯管对甲烷爆炸火焰的影响16-17
  • 1.3 高速摄像技术在爆炸火焰测试中的应用17-18
  • 1.4 主要研究内容18-19
  • 1.5 本文创新点19-20
  • 2 可燃气体爆炸和火焰传播机理20-30
  • 2.1 可燃气体爆炸有关知识20-24
  • 2.1.1 可燃气体爆炸及其危险性20
  • 2.1.2 气体爆炸形式20-22
  • 2.1.3 可燃气体爆炸特性参数22-23
  • 2.1.4 可燃气体爆炸重要影响因素23-24
  • 2.2 可燃气体爆炸原理24-26
  • 2.2.1 可燃气体热爆炸理论24
  • 2.2.2 链式连锁反应理论24-26
  • 2.3 火焰传播理论26-29
  • 2.3.1 预混火焰燃烧理论26-27
  • 2.3.2 前驱冲击波作用机理27
  • 2.3.3 火焰阵面湍流加速理论27-29
  • 2.4 本章小结29-30
  • 3 测试系统建立30-40
  • 3.1 水平透明管道气体爆炸测试系统30-32
  • 3.1.1 管道装置30-31
  • 3.1.2 配气系统31
  • 3.1.3 点火系统31-32
  • 3.2 高速摄像系统32-39
  • 3.2.1 高速摄影装置32-36
  • 3.2.2 火焰速度的计算方法36-37
  • 3.2.3 MATLAB 程序编写37-39
  • 3.3 本章小结39-40
  • 4 甲烷爆炸火焰传播分析研究40-57
  • 4.1 试验方法40-41
  • 4.1.1 试验条件40
  • 4.1.2 试验步骤40-41
  • 4.2 当量浓度下甲烷爆炸传播过程研究41-44
  • 4.2.1 当量浓度时甲烷爆炸的火焰图片分析41-43
  • 4.2.2 当量浓度时甲烷爆炸火焰速度43-44
  • 4.3 不同浓度的甲烷火焰传播特性研究44-52
  • 4.3.1 不同浓度甲烷爆炸火焰图片分析44-49
  • 4.3.2 不同浓度甲烷爆炸火焰传播速度分析49-52
  • 4.4 不同管道长度时甲烷爆炸火焰特征52-56
  • 4.4.1 加长管道中甲烷爆炸火焰图片分析52-55
  • 4.4.2 加长管道中甲烷爆炸火焰传播速度分析55
  • 4.4.3 管道长度变化对甲烷爆炸火焰特征的影响比较55-56
  • 4.5 本章小结56-57
  • 5 结论与展望57-59
  • 5.1 主要结论57-58
  • 5.2 不足与展望58-59
  • 参考文献59-64
  • 攻读硕士期间发表的论文情况64-65
  • 致谢65


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