小尺度管道中甲烷—氧氣爆炸特性實驗研究

【摘要】：伴隨著經(jīng)濟發(fā)展國家進步人民生活水平不斷提高的進程,可燃氣體能源的利用幅度也在不斷增大,特別是清潔能源開始逐漸走進人們的生產(chǎn)生活中。隨之而來的是可燃氣體泄露可能引發(fā)的爆炸事故,將給人民生命財產(chǎn)安全造成極大的危害。而可燃氣體爆炸事故發(fā)生過程十分復雜,其中初始環(huán)境條件對其影響尤為明顯,因此研究初始條件對可燃氣體的爆炸特性的影響具有較為重要的實際意義。本文通過自制的含有完全透明視窗的小尺度管道系統(tǒng),研究了小尺度管道中不同初始條件下甲烷和氧氣混合氣體的爆炸特性,包括爆炸火焰?zhèn)鞑ヌ匦院捅ǔ瑝簝蓚€方面,研究成果如下:(1)獨立設(shè)計了一面為完全透明的小尺度方形管道及其配套的實驗系統(tǒng),包括小尺度管道、高速攝影系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、外觸發(fā)系統(tǒng)、壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。本實驗系統(tǒng)能對小尺度管道中火焰加速和爆燃轉(zhuǎn)爆轟機理,以及不同初始條件對預(yù)混氣體爆炸特性的影響機制進行實驗研究。(2)利用高速攝影系統(tǒng)采集甲烷與氧氣爆炸火焰在小尺度管道中的完整傳播圖像。并將所采集到的圖像利用MATLAB程序進行處理,分別采用火焰軌跡算法和最大相似系數(shù)法兩種方法來對其進行分析,都獲得了爆炸火焰的傳播速度隨時間變化的曲線。(3)通過對實驗結(jié)果的處理,得到小尺度管道中不同初始條件下甲烷與氧氣混合氣體爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣入S時間的變化曲線,對其進行分析后發(fā)現(xiàn),在同一當量比條件下,隨著初始壓力的增加,爆炸火焰在管道中最大傳播速度隨之增大,并且管道中爆炸火焰最大傳播速度與初始壓力的倒數(shù)在數(shù)值上呈近似的線性關(guān)系;對于不同當量比條件下的混合氣體,初始壓力存在一個閾值能夠使火焰出現(xiàn)加速傳播的現(xiàn)象,當初始壓力低于閾值時,爆炸火焰在管道的前端就會熄滅,當初始壓力高于閾值時,爆炸火焰能在有限長度的管道內(nèi)加速,部分情況甚至達到爆轟狀態(tài)。(4)通過壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的甲烷與氧氣混合氣體在小尺度管道中的爆炸壓力數(shù)據(jù),同時結(jié)合爆炸火焰的圖像,分析了初始條件對爆炸超壓的影響,結(jié)果顯示,在一定當量比條件下,如果初始壓力低于能夠使得預(yù)混火焰出現(xiàn)加速現(xiàn)象的壓力閾值時,爆炸波在管道中的最大超壓相對較低,一般為初始壓力的10~14倍左右;若初始壓力大于壓力閾值時,爆炸火焰將會達到爆轟狀態(tài),此時管道中能夠達到的最大超壓一般為初始壓力的32~44倍左右。此外,小尺度管道中甲烷與氧氣混合氣體在初始壓力P0確定的條件下,預(yù)混火焰在管道中的爆炸超壓隨當量比的增大而增大,且呈近似的線性關(guān)系。 【關(guān)鍵詞】：小尺度管道 圖像處理 初始壓力 當量比 火焰速度 爆炸超壓
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.221
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究進展12-20
• 1.2.1 管道條件對可燃氣體爆炸特性的影響13-16
• 1.2.2 初始條件對可燃氣體爆炸特性的影響16-18
• 1.2.3 可燃氣體爆炸特性研究相關(guān)技術(shù)18-20
• 1.3 本文主要研究工作20-21
• 第2章 實驗裝置和實驗方法21-37
• 2.1 實驗系統(tǒng)21-32
• 2.1.0 小尺度管道21-23
• 2.1.1 配氣系統(tǒng)23-26
• 2.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)26-30
• 2.1.3 高速攝影系統(tǒng)30
• 2.1.4 點火系統(tǒng)30-32
• 2.2 實驗方案32-34
• 2.3 實驗步驟34-37
• 2.3.1 氣密性檢查34
• 2.3.2 混合氣體的配制34-35
• 2.3.3 實驗前的準備35-36
• 2.3.4 點火操作36-37
• 第3章 爆炸火焰?zhèn)鞑D像研究37-49
• 3.1 高速攝影采集的爆炸火焰?zhèn)鞑D像37-39
• 3.2 通過火焰軌跡計算爆炸火焰的傳播速度39-43
• 3.2.1 爆炸火焰圖像的簡單處理39-41
• 3.2.2 火焰前鋒速度的計算41-43
• 3.3 通過最大相似系數(shù)法計算爆炸火焰的傳播速度43-48
• 3.3.1 最大相似系數(shù)法計算原理44-46
• 3.3.2 爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣扔嬎憬Y(jié)果46-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第4章 初始條件對爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/span>49-75
• 4.1 實驗重復性檢驗49-51
• 4.2 實驗結(jié)果與分析51-73
• 4.2.1 當量比Φ=0.4~2.0 時爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣?/span>51-65
• 4.2.2 當量比Φ=0.2 與Φ=2.2 時爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣?/span>65-71
• 4.2.3 臨近火焰加速最小初始壓力時的預(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俣?/span>71-73
• 4.3 本章小結(jié)73-75
• 第5章 初始條件對爆炸超壓的影響75-87
• 5.1 管道中爆炸超壓曲線分析75-79
• 5.2 初始條件對小尺度管道中預(yù)混氣體爆炸超壓的影響79-86
• 5.2.1 初始壓力對爆炸最大超壓的影響84-85
• 5.2.2 當量比Φ對爆炸最大超壓的影響85-86
• 5.3 本章小結(jié)86-87
• 第6章 結(jié)論與展望87-90
• 6.1 本文主要研究工作及結(jié)論87-88
• 6.2 展望88-90
• 參考文獻90-97
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單97-98
• 致謝98

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