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

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

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;

煤气火焰传播规律及其加速机理研究    卢捷,宁建国,王成,林柏泉

甲烷-空气混合气燃烧过程的高速摄影测量    张磊磊;谭迎新;王星河;王高;

高温预混气体火焰传播速度研究    范周琴;刘卫东;孙明波;

MATLAB在数字图象处理中的应用    韩磊;

瓦斯火焰传播规律及其加速机理的实验研究    吴红波;郭子如;张立;

甲烷/空气混合气燃爆特性的实验研究    付倩倩;周乐平;石玉英;

气体爆燃火焰在狭缝中的淬熄    周凯元

管内瓦斯爆炸传播影响因素及火焰加速机理分析    贾真真;林柏泉;

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

水平管道内甲烷—空气预混气体爆炸过程研究    尉存娟

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

管道式可燃气体—粉尘爆炸试验装置设计    李延鸿

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

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;

突出煤层穿层钻孔增透强化抽采瓦斯消突效果研究    禹业挺;余陶;邓中;肖峻峰;

提高民爆器材工厂本质安全化程度的探讨    郭玉民;

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;

一种火炸药爆炸火球计算方法    王泽溥,王志利

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;

圆柱形烟花热自燃数学模型研究    季玲玲;周光魏;寇智慧;赵保国;杜志明;郭泽荣;

爆炸嫌疑物成分的检定和危险性的分析    周向阳;黄娜;周洁;黄寅生;

瓦斯“冒大数”及其神经网络滤波器的研究    李琨;王晓东;刘会景;张云生;苗琦;

高瓦斯矿井立井井筒快速揭煤实践研究    武光辉;石军宏;何涛;

带壳装药热爆炸实验声信号测量与分析    蔡宗义;王长利;唐玉志;李迅;赵生伟;刘晓新;林英睿;初哲;

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;

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

监控技术与涌现性分析在煤矿瓦斯灾害防治中的应用研究    李琨

卸压密闭煤层瓦斯含量测定技术研究    齐黎明

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

煤与瓦斯突出早期辨识与实时预警技术研究    邓明

瓦斯爆炸对矿井通风网络的动力效应研究    杨应迪

缓燃向爆震转捩特性研究    张彭岗

潘三矿C13-1煤层掘进工作面敏感指标及临界值研究    陈建忠

天池煤矿瓦斯分布规律及突出危险性研究    李波

义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究    李波

煤与瓦斯突出冲击波实验研究    朱会启

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

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

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

煤矿瓦斯爆炸事故数值模拟分析    胡学义

瓦斯爆炸火焰厚度的实验研究    王从银,何学秋

可爆性气体爆炸极限和爆燃转变成爆轰的研究    胡栋,龙属川,吴传谦,孙珠妹,程新路,王春彦

管道内流动气体爆炸问题的实验研究    陈爱平

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

    国家发展和改革委员会

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

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

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

球形密闭容器内可燃气体爆炸过程的数值模拟    严清华

管道内预混可燃气体爆炸与抑爆的研究    周崇

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

瓦斯爆炸传播规律数值模拟研究    胡铁柱

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

井下巷道内瓦斯爆炸阻爆技术研究    童宇

管道内障碍物对可燃气体燃爆影响的仿真研究    李帆

瓦斯煤尘爆炸火焰传播机理的光学测量系统研究    张莉聪;徐景德;

锗烷的分解爆炸──爆炸火焰的传播及爆炸极限压力    韩美

管道内火焰压力与已燃气体体积关系    张巨峰;

水雾作用下气体爆炸火焰传播的实验研究    刘暄亚,陆守香,秦俊

单色高温计测量火焰动态温度的可行性实验研究    谢立军;周凯元;方向;刘庚冉;

煤矿许用电雷管管壳与瓦斯安全性关系的研究    宋家良,董吉孝,陈之林,夏斌

20L近球形密闭罐内可燃气体流动和火焰传播的数值模拟    王秋红;孙金华;何学超;

高速动态测试系统在瓦斯煤尘防隔爆试验中的应用    舒芬,夏自柱,龙竹林

水雾抑制钻孔瓦斯爆炸火焰效果试验    左秋玲;高峰;肖爱连;李景山;王国际;

测量爆炸火焰真温的多光谱温度计的研制    孙崐;孙晓刚;戴景民;

矿井瓦斯煤尘爆炸火焰、冲击波传播规律研究    司荣军;樊小涛;薛少谦;王磊;

自动阻爆装置的研究    岳建平;董稹;

大型地下试验巷道中瓦斯煤尘爆炸传播规律研究    司荣军;王磊;樊小涛;宋春香;

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;

煤气爆炸极限及火焰传播规律研究    王成;卢捷;宁建国;

建筑外墙保温体系防火安全性能试验研究    季广其;朱春玲;陈丹林;宋长友;

Φ700 mm管道细水雾抑制瓦斯爆炸实验研究    蔡周全;李永怀;

管道内可燃气体爆炸的研究进展    梁春利;李芳;

浅析室内火灾中的火焰传播    曾绪斌;

模型超燃冲压发动机内着火过程分析    潘余;刘卫东;梁剑寒;王振国;

我省校企联手“消灭”瓦斯隐患    记者 任慧君通讯员 张国兴

推倒“两堵墙”闯出一片天    

保温系统防火安全性存在的问题及应对措施    中国塑料协会聚氨酯制品专业委员会高级顾问 杨宗焜

激波吹灰技术节能效果好    刘群 特约记者 张宇

美国研制“人性化”炸弹    本报专稿 陈光文

外墙保温防火试验及建筑应用的研究(九)    北京振利高新技术公司

保温防火市场存在的问题和应对措施    

HAN阻隔防爆新技术遏止化学危险品事故    叶再春

坚持不懈提高企业竞争力    本报记者 聂景 晓庄

煤尘爆炸及其防治    中国矿业大学安全工程学院博士研究生 王和堂　李楠

瓦斯（煤尘）爆炸物证特性参数实验研究    刘贞堂

锆粉云火焰传播特性的实验研究    丁以斌

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

泡沫陶瓷隔爆棚抑制瓦斯爆炸的机理及数值模拟研究    张如明

受限空间煤尘爆炸传播及伤害模型研究    杨书召

水平管道内甲烷—空气预混气体爆炸过程研究    尉存娟

预混火焰在狭缝中的传播机理与熄灭条件的研究    宋占兵

固体火箭发动机翼槽火焰传播机理研究    余贞勇

可燃性气体泄爆动力学机理研究    任少峰

甲烷—空气爆炸火焰传播的微观研究    丁小勇

煤层气吸附塔爆炸危险性的实验研究    沙爽

管道中甲烷—空气预混气爆炸火焰传播的研究    汪泉

密闭管内甲烷—煤粉复合爆炸实验研究    李江波

基于多光谱法的爆炸火焰测温系统的研制    于莉莉

爆炸火焰温度场测量装置的研制    孙崐

小型管道内气体燃烧火焰传播规律研究    徐宗

甲烷爆炸特性及其抑爆技术研究    李凌飞

电场与小尺度火焰相互作用的实验研究及模拟分析    闫丽敏

管道中可燃气体燃爆特性研究    高玉刚