本文關(guān)鍵詞：礦井混合燃氣爆炸特性及傳播規(guī)律

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【摘要】：我國煤炭資源開采地質(zhì)條件惡劣，環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致瓦斯爆炸事故頻發(fā)，然而在不同類型的巷道中瓦斯爆炸沖擊波變化規(guī)律并不相同，并且在礦井下瓦斯氣體中常常含有氫氣、一氧化碳等可燃氣體，給瓦斯爆炸事故帶來更嚴重的后果，造成更慘重的人身傷亡和財產(chǎn)損失。 本文基于混合燃氣爆炸理論基礎(chǔ)，采用數(shù)值模擬、理論分析兩種研究方法，針對甲烷-空氣混合燃氣爆炸特性及爆炸沖擊波在直巷道、分叉巷道、拐彎巷道中的傳播規(guī)律進行了分析研究，并且模擬了不同氫氣比例下甲烷-氫氣混合燃氣在分叉巷道中發(fā)生爆炸的超壓及動壓變化規(guī)律，分析了爆炸沖擊波及火焰波速度變化情況。為提出預(yù)防措施減少礦井混合燃氣爆炸沖擊波的破壞提供理論依據(jù)。 文章首先運用熱爆炸理論和鏈式反應(yīng)理論論述瓦斯爆炸反應(yīng)機理，并分析了其影響因素及在爆炸傳播過程中的物理機制，運用沖擊波和火焰波傳播理論對瓦斯爆炸傳播規(guī)律進行理論分析。并闡述了爆炸沖擊波由爆燃波轉(zhuǎn)化成爆轟波過程的原理。為下文的數(shù)值模擬奠定了理論基礎(chǔ)。 由于Autoreagas軟件可以執(zhí)行完整的三維分析來展示真實的三維場景，，有效捕捉真實的物理現(xiàn)象，文章在理論分析的基礎(chǔ)上運用Autoreagas軟件模擬甲烷-空氣混合燃氣爆炸在不同類型巷道中的爆炸過程，研究其爆炸沖擊波傳播規(guī)律，研究表明：在管道的分叉和拐彎處，由于沖擊波的反射作用，導(dǎo)致沖擊波超壓峰值及動壓均會大幅增加，沖擊波及火焰?zhèn)鞑ニ俣仍鲩L也較為迅速，并且在管道的分叉處燃燒過程及湍流程度都較為復(fù)雜，產(chǎn)生較高壓力。同時，文章針對礦井下存在的氫氣，采取不同氫氣比例的甲烷-氫氣混合可燃氣體在分叉巷道中發(fā)生瓦斯爆炸的情況進行數(shù)值模擬得出，隨著氫氣含量的增加，爆炸更為激烈，爆炸超壓及動壓也有較大速度的增長，火焰燃燒波及沖擊波速度也會因氫氣的比例升高而得到較高程度的增長，火焰結(jié)構(gòu)陣面扭曲劇烈，湍流程度更強，并且在氫氣比例含量較高時會發(fā)生爆轟現(xiàn)象。因此含有氫氣的甲烷爆炸會有更加嚴重的破壞程度。 文章通過數(shù)值模擬，得出其爆炸超壓、動壓、火焰波與沖擊波在分叉和拐彎處都會有所增加，導(dǎo)致其破壞程度更大，并且隨著氫氣含量的增加，其發(fā)生爆轟的可能性進一步加大，進一步增加了礦井災(zāi)難的嚴重程度。得到的規(guī)律性結(jié)論為進一步研究瓦斯爆炸機理和爆炸極限提供數(shù)據(jù)參考，并對瓦斯爆炸事故的預(yù)防和指導(dǎo)減輕瓦斯爆炸的破壞作用具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD712.7

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本文編號：1203011