超细水雾抑制含障碍物甲烷爆炸的实验研究

【摘要】：目前,国家主要通过煤矿井下开采来获得所需的煤炭资源,而在煤炭开采过程中经常发生瓦斯爆炸事故,造成巨大的人员伤亡和经济损失。此类爆炸环境中几乎都存在机器、设备和建筑体等障碍物。因此,研究管道内的不同障碍物对气体爆炸的影响以及超细水雾抑制此类爆炸的效果与机理具有十分重要的科学意义和应用价值。 本文通过调研大量资料和文献,较全面的综述了近年来瓦斯煤尘爆炸和气体爆炸抑制技术方面的国内外研究现状。从管道内气体爆炸的发生、发展出发,阐述了管道内可燃气体爆炸的形式和机理、爆炸的特征参数、火焰传播规律等。在对细水雾技术系统进行介绍的基础上,提出了进行超细水雾抑制含有障碍物甲烷爆炸研究的实验方法和实验目标,并从各功能单元入手对已有的气体爆炸实验装置进行改进和完善,建立了适用于实验室尺度下研究障碍物对甲烷爆炸以及超细水雾抑制甲烷爆炸影响的模拟实验装置。 根据煤矿井下巷道内存在的障碍物情况以及工业环境下甲烷储存点的障碍物情况,本实验研究中考虑设计了四种类型的障碍物。通过测量爆炸传播管内存在不同类型障碍物时的压力、温度参数的变化,确定了障碍物对不同浓度甲烷气体爆炸的影响。实验研究表明:障碍物类型并不影响甲烷爆炸最大压力和最高温度随甲烷浓度的变化的整体趋势,二者都是随着甲烷浓度的增加先增大后减小,并在最佳爆炸浓度处达到最大值;障碍物距离点火电极较远时对爆炸的强化作用较强,如果距离点火电极太近,障碍物的阻隔作用会增强甚至大于强化作用;障碍物体的数目越多,对爆炸的强化作用越强;方环型障碍物对爆炸的强化作用略强于圆柱型障碍物。 试验中在爆炸传播管内加入障碍物,通过施加不同体积量的超细水雾来研究其抑制含障碍物的瓦斯爆炸的效果与机理。试验中发现:甲烷爆炸最大压力、压力上升速率、最高温度和温升速率都随着超细水雾施加量的增加而降低,并且当超细水雾量达到某一值时,其抑爆效率会显著提高,说明超细水雾能够有效地抑制甲烷爆炸。通过分析高速摄影仪拍摄的超细水雾抑制甲烷爆炸的动态过程,可以得知:爆炸延迟时间随着超细水雾施加量的增加而延长,超细水雾量达到某临界值后爆炸不会发生,即爆炸延迟时间无限长。超细水雾抑制甲烷爆炸的主要机理是吸热与隔氧,此外,悬浮的超细水雾对压力波强度的衰减也起到一定作用。 本文的研究工作可为超细水雾抑爆模型的建立与发展提供了实验数据支撑和理论参考,并将对预防和控制管道气体爆炸、矿井瓦斯爆炸事故有一定的借鉴作用。 【关键词】：超细水雾 障碍物 甲烷爆炸 爆炸延迟时间
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TD712.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 国内外研究概况12-15
• 1.2.1 瓦斯爆炸研究概况12-14
• 1.2.2 瓦斯气体爆炸抑制技术研究概况14-15
• 1.3 研究意义与内容15-16
• 第2章 可燃气体爆炸特性与理论16-24
• 2.1 甲烷基本特性16
• 2.2 可燃气体爆炸机理16-19
• 2.3 可燃气体爆炸基本参数19-20
• 2.4 管道内可燃气体爆炸形式及火焰加速机理20-24
• 2.4.1 管道内可燃气体爆炸形式20-21
• 2.4.2 火焰加速机理21-24
• 第3章 实验装置及工况24-36
• 3.1 实验装置24-34
• 3.1.1 爆炸传播管24-26
• 3.1.2 输气配气系统26-28
• 3.1.3 超细水雾发生系统28
• 3.1.4 数据测量与采集系统28-32
• 3.1.5 高压脉冲点火系统32-33
• 3.1.6 障碍物系统33-34
• 3.2 实验工况34-36
• 第4章 障碍物对甲烷爆炸影响的实验研究36-52
• 4.1 实验理论与条件36-38
• 4.2 实验结果与分析38-51
• 4.2.1 障碍物对甲烷爆炸影响的可视化38-42
• 4.2.2 障碍物对甲烷爆炸压力影响的实验研究42-49
• 4.2.3 障碍物对甲烷爆炸温度影响的实验研究49-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 超细水雾对含障碍物甲烷爆炸的影响52-76
• 5.1 实验理论与条件52-55
• 5.2 实验结果与分析55-73
• 5.2.1 超细水雾抑制甲烷爆炸的动态过程55-59
• 5.2.2 超细水雾对甲烷爆炸压力的影响59-66
• 5.2.3 超细水雾对甲烷爆炸温度的影响66-72
• 5.2.4 超细水雾对甲烷爆炸延迟时间的影响72-73
• 5.3 结论73-76
• 第6章 结论与展望76-78
• 6.1 本文结论76-77
• 6.2 下一步工作展望77-78
• 参考文献78-83
• 致谢83-84
• 在读期间发表的学术论文和取得的其它成果84

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