超細水霧抑制含障礙物甲烷爆炸的實驗研究

【摘要】：目前,國家主要通過煤礦井下開采來獲得所需的煤炭資源,而在煤炭開采過程中經常發(fā)生瓦斯爆炸事故,造成巨大的人員傷亡和經濟損失。此類爆炸環(huán)境中幾乎都存在機器、設備和建筑體等障礙物。因此,研究管道內的不同障礙物對氣體爆炸的影響以及超細水霧抑制此類爆炸的效果與機理具有十分重要的科學意義和應用價值。 本文通過調研大量資料和文獻,較全面的綜述了近年來瓦斯煤塵爆炸和氣體爆炸抑制技術方面的國內外研究現狀。從管道內氣體爆炸的發(fā)生、發(fā)展出發(fā),闡述了管道內可燃氣體爆炸的形式和機理、爆炸的特征參數、火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律等。在對細水霧技術系統(tǒng)進行介紹的基礎上,提出了進行超細水霧抑制含有障礙物甲烷爆炸研究的實驗方法和實驗目標,并從各功能單元入手對已有的氣體爆炸實驗裝置進行改進和完善,建立了適用于實驗室尺度下研究障礙物對甲烷爆炸以及超細水霧抑制甲烷爆炸影響的模擬實驗裝置。 根據煤礦井下巷道內存在的障礙物情況以及工業(yè)環(huán)境下甲烷儲存點的障礙物情況,本實驗研究中考慮設計了四種類型的障礙物。通過測量爆炸傳播管內存在不同類型障礙物時的壓力、溫度參數的變化,確定了障礙物對不同濃度甲烷氣體爆炸的影響。實驗研究表明:障礙物類型并不影響甲烷爆炸最大壓力和最高溫度隨甲烷濃度的變化的整體趨勢,二者都是隨著甲烷濃度的增加先增大后減小,并在最佳爆炸濃度處達到最大值;障礙物距離點火電極較遠時對爆炸的強化作用較強,如果距離點火電極太近,障礙物的阻隔作用會增強甚至大于強化作用;障礙物體的數目越多,對爆炸的強化作用越強;方環(huán)型障礙物對爆炸的強化作用略強于圓柱型障礙物。 試驗中在爆炸傳播管內加入障礙物,通過施加不同體積量的超細水霧來研究其抑制含障礙物的瓦斯爆炸的效果與機理。試驗中發(fā)現:甲烷爆炸最大壓力、壓力上升速率、最高溫度和溫升速率都隨著超細水霧施加量的增加而降低,并且當超細水霧量達到某一值時,其抑爆效率會顯著提高,說明超細水霧能夠有效地抑制甲烷爆炸。通過分析高速攝影儀拍攝的超細水霧抑制甲烷爆炸的動態(tài)過程,可以得知:爆炸延遲時間隨著超細水霧施加量的增加而延長,超細水霧量達到某臨界值后爆炸不會發(fā)生,即爆炸延遲時間無限長。超細水霧抑制甲烷爆炸的主要機理是吸熱與隔氧,此外,懸浮的超細水霧對壓力波強度的衰減也起到一定作用。 本文的研究工作可為超細水霧抑爆模型的建立與發(fā)展提供了實驗數據支撐和理論參考,并將對預防和控制管道氣體爆炸、礦井瓦斯爆炸事故有一定的借鑒作用。 【關鍵詞】：超細水霧 障礙物 甲烷爆炸 爆炸延遲時間
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TD712.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 國內外研究概況12-15
• 1.2.1 瓦斯爆炸研究概況12-14
• 1.2.2 瓦斯氣體爆炸抑制技術研究概況14-15
• 1.3 研究意義與內容15-16
• 第2章 可燃氣體爆炸特性與理論16-24
• 2.1 甲烷基本特性16
• 2.2 可燃氣體爆炸機理16-19
• 2.3 可燃氣體爆炸基本參數19-20
• 2.4 管道內可燃氣體爆炸形式及火焰加速機理20-24
• 2.4.1 管道內可燃氣體爆炸形式20-21
• 2.4.2 火焰加速機理21-24
• 第3章 實驗裝置及工況24-36
• 3.1 實驗裝置24-34
• 3.1.1 爆炸傳播管24-26
• 3.1.2 輸氣配氣系統(tǒng)26-28
• 3.1.3 超細水霧發(fā)生系統(tǒng)28
• 3.1.4 數據測量與采集系統(tǒng)28-32
• 3.1.5 高壓脈沖點火系統(tǒng)32-33
• 3.1.6 障礙物系統(tǒng)33-34
• 3.2 實驗工況34-36
• 第4章 障礙物對甲烷爆炸影響的實驗研究36-52
• 4.1 實驗理論與條件36-38
• 4.2 實驗結果與分析38-51
• 4.2.1 障礙物對甲烷爆炸影響的可視化38-42
• 4.2.2 障礙物對甲烷爆炸壓力影響的實驗研究42-49
• 4.2.3 障礙物對甲烷爆炸溫度影響的實驗研究49-51
• 4.3 本章小結51-52
• 第5章 超細水霧對含障礙物甲烷爆炸的影響52-76
• 5.1 實驗理論與條件52-55
• 5.2 實驗結果與分析55-73
• 5.2.1 超細水霧抑制甲烷爆炸的動態(tài)過程55-59
• 5.2.2 超細水霧對甲烷爆炸壓力的影響59-66
• 5.2.3 超細水霧對甲烷爆炸溫度的影響66-72
• 5.2.4 超細水霧對甲烷爆炸延遲時間的影響72-73
• 5.3 結論73-76
• 第6章 結論與展望76-78
• 6.1 本文結論76-77
• 6.2 下一步工作展望77-78
• 參考文獻78-83
• 致謝83-84
• 在讀期間發(fā)表的學術論文和取得的其它成果84

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