障礙物對(duì)甲烷—煤粉爆炸強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】： 近些年來我國(guó)煤炭行業(yè)礦井瓦斯煤塵爆炸事故頻繁發(fā)生。而幾乎所有的爆炸情況下都存在設(shè)備、機(jī)械等大量的障礙物,正是這些障礙物的存在,增大了爆炸的威力,造成了更大的損失。要防止煤塵與可燃?xì)怏w混合物的爆炸,首先要確定煤塵和燃?xì)饣旌衔锏谋ㄍ吞匦?而目前對(duì)于含雜混合物煤塵爆炸,尤其是障礙物對(duì)瓦斯-煤塵混合物爆炸影響的研究還比較少。本文針對(duì)有障礙物存在條件下甲烷—煤粉混合物的爆炸特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。本次研究的主要工作和結(jié)論如下: (1)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了一套可抽式障礙物粉塵-燃?xì)獗▽?shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤塵、甲烷、障礙物參數(shù)的控制和對(duì)爆炸壓力波、最大爆炸壓力、最大壓力上升速率以及爆炸時(shí)間等粉塵爆炸特性參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。 (2)障礙物對(duì)煤塵-甲烷爆炸具有顯著的加速效果,與沒有障礙物相比,有障礙物存在時(shí),爆炸時(shí)間從70ms減少到約20ms:壓力波在管道中傳播的加速機(jī)理,主要應(yīng)歸因于障礙物誘導(dǎo)的湍流對(duì)燃燒過程的正反饋。 (3)研究了障礙物結(jié)構(gòu)、障礙物位置、障礙物數(shù)目、障礙物阻塞比對(duì)最大爆炸壓力,最大壓力上升速率以及爆炸時(shí)間在管道中的變化情況的影響。從研究的六種不同形狀的障礙物來看,正方形障礙物具有最大的爆炸增速作用,圓形障礙物的增速效果最差,三角形的增幅效果處于它們之間:當(dāng)障礙物之間間距接近管徑長(zhǎng)時(shí),管內(nèi)具有最大的壓力上升速率;當(dāng)障礙物個(gè)數(shù)為15個(gè)時(shí),管內(nèi)出現(xiàn)最大爆炸壓力和最大壓力上升速率;當(dāng)阻塞率k為0.5時(shí),爆炸壓力和壓力上升速率最大。 (4)研究了甲烷—煤粉混合物組成特性對(duì)爆炸的影響。隨煤粉粒徑的減少,最大爆炸壓力和最大壓力上升速率都增加;隨著煤粉濃度的增加,最大爆炸壓力和最大壓力上升速率先增加后減少,并在500g/m~3時(shí)它們都達(dá)到最大值;隨著甲烷濃度的增加,最大爆炸壓力和最大壓力上升速率都先增加后減少,在甲烷體積分?jǐn)?shù)約為6—7%時(shí),管內(nèi)出現(xiàn)最大爆炸壓力和最大壓力上升速率的最大值。 本文的創(chuàng)新點(diǎn): (1)對(duì)管道內(nèi)存在障礙物時(shí)甲烷-煤粉混合物的爆炸特性進(jìn)行研究,獲得了障礙物形狀、尺寸、數(shù)量等對(duì)爆炸特性的影響規(guī)律。即從研究的六種不同形狀的障礙物來看,正方形障礙物具有最大的爆炸增速作用,圓形障礙物的增速效果最差,三角形的增幅效果處于它們之間;當(dāng)障礙物之間間距接近管徑長(zhǎng)時(shí),管內(nèi)具有最大的壓力上升速率;當(dāng)障礙物個(gè)數(shù)為15個(gè)時(shí),管內(nèi)出現(xiàn)最大爆炸壓力和最大壓力上升速率;當(dāng)阻塞率k為0.5時(shí),爆炸壓力和壓力上升速率最大。 (2)煤塵-甲烷混合物爆炸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,煤塵粒徑越小,爆炸威力越大;煤塵濃度為500g/m~3、甲烷濃度為6-7%時(shí),爆炸威力最大。 【關(guān)鍵詞】：甲烷-煤粉混合物 爆炸 超壓 壓力上升速率 障礙物
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TD714.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 引言10-11
• 1 文獻(xiàn)綜述11-35
• 1.1 氣體爆炸12-20
• 1.1.1 爆炸的定義和分類12-13
• 1.1.2 氣體爆炸的條件、特征和影響因素13-14
• 1.1.3 氣體爆炸的基本參數(shù)14-15
• 1.1.4 氣體爆炸過程中燃燒與流動(dòng)的正反饋關(guān)系15-16
• 1.1.5 氣體爆炸的機(jī)理16-18
• 1.1.6 氣體爆炸的實(shí)驗(yàn)研究18-20
• 1.2 粉塵爆炸20-32
• 1.2.1 粉塵爆炸的定義和條件20-21
• 1.2.2 粉塵爆炸機(jī)理21-25
• 1.2.3 粉塵爆炸特征25-26
• 1.2.4 粉塵爆炸的影響因素26-27
• 1.2.5 粉塵爆炸的參數(shù)27
• 1.2.6 粉塵爆炸強(qiáng)度及分級(jí)方法27-28
• 1.2.7 粉塵爆炸的研究發(fā)展28-32
• 1.3 含雜混合物粉塵爆炸32-35
• 1.3.1 含雜混合物粉塵爆炸的定義32
• 1.3.2 含雜混合物粉塵爆炸的研究現(xiàn)狀32-33
• 1.3.3 本文所研究的內(nèi)容33-35
• 2 實(shí)驗(yàn)裝置、工況和步驟35-47
• 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置35-44
• 2.1.1 設(shè)置可抽式障礙物爆炸裝置系統(tǒng)的依據(jù)35-36
• 2.1.2 可抽式障礙物爆炸裝置系統(tǒng)的組成36-43
• 2.1.3 可抽式障礙物爆炸裝置系統(tǒng)的功能43-44
• 2.2 實(shí)驗(yàn)工況44-45
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)用煤44-45
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)所用氣體45
• 2.3 實(shí)驗(yàn)步驟45-46
• 2.4 本章小結(jié)46-47
• 3 障礙物對(duì)密閉管內(nèi)甲烷—煤粉混合物爆炸的影響47-69
• 3.1 有、無障礙物時(shí)管內(nèi)爆炸壓力波的變化47-51
• 3.2 障礙物形狀對(duì)管內(nèi)爆炸壓力波和最大爆炸壓力上升速率的影響51-57
• 3.3 障礙物個(gè)數(shù)與障礙物間距對(duì)最大壓力上升速率的影響57-63
• 3.4 阻塞率(K)對(duì)管內(nèi)最大壓力上升速率的影響63-66
• 3.5 本章小結(jié)66-69
• 4 甲烷—煤粉混合物組成性質(zhì)對(duì)爆炸的影響69-82
• 4.1 煤粉粒徑對(duì)最大爆炸壓力和最大壓力上升速率的影響69-72
• 4.2 煤粉濃度對(duì)最大爆炸壓力和最大壓力上升速率的影響72-76
• 4.3 甲烷濃度對(duì)爆炸壓力和最大壓力上升速率的影響76-81
• 4.4 本章小結(jié)81-82
• 結(jié)論82-84
• 參考文獻(xiàn)84-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況89-90
• 致謝90-91

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