有機玻璃方管內(nèi)瓦斯爆燃火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯?/H1>
發(fā)布時間：2018-03-01 02:29
本文關(guān)鍵詞： 瓦斯爆炸 預(yù)混火焰 有機玻璃管道 障礙物 高速攝像 微細(xì)熱電偶 數(shù)值模擬 圖像處理 出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2013年博士論文 論文類型：學(xué)位論文
【摘要】：目前煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位,近年來我國煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生,盡管很多礦井采取了主動式的瓦斯抽排放技術(shù),但這并不意味著不需要對瓦斯爆炸現(xiàn)象進(jìn)行研究,主動措施一旦失效后,被動的預(yù)防和控制措施顯得尤為重要。一些國有大中型煤礦盡管在礦井巷道中布設(shè)了隔爆棚、隔爆水袋,瓦斯爆炸發(fā)生后這些阻隔爆裝置往往達(dá)不到應(yīng)有的效果,甚至失效,從某種程度上說明,人們對瓦斯爆炸機理、火焰加速傳播機制以及火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘确矫娲嬖谡J(rèn)識上不足。對瓦斯爆炸現(xiàn)象的研究通常采用大尺寸模擬巷道或小型實驗管道,大型模擬巷道比較接近真實礦井,但由于其成本較高、場地限制、現(xiàn)場測試?yán)щy等因素,很多學(xué)者更傾向于在實驗室里搭建實驗管道以研究瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律。小型管道和大型巷道內(nèi)瓦斯火焰加速機制、爆燃波的傳播特性是一致的,它們之間存在一定“尺寸效應(yīng)”。 為了揭示管內(nèi)瓦斯火焰?zhèn)鞑C制及障礙物誘導(dǎo)瓦斯火焰加速機制,本文采用高速攝像、光電傳感器、壓力傳感器、微細(xì)熱電偶等實驗手段測試了長1.5m、截面100×100mm2有機玻璃方管內(nèi)瓦斯爆燃火焰?zhèn)鞑D像、傳播速度、爆燃壓力、瞬態(tài)溫度等傳播特性參數(shù)。分析了無障礙物、重復(fù)障礙物、立體障礙物以及典型非金屬粉末等條件下管內(nèi)瓦斯爆燃火焰運動特征和傳播特性。采用實驗研究結(jié)合數(shù)值模擬和理論分析的研究方法,較為詳細(xì)地研究管內(nèi)瓦斯爆燃火焰?zhèn)鞑ヌ卣骱蛡鞑ヒ?guī)律。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論體現(xiàn)在以下方面： 首先采用爆炸理論、動力學(xué)系數(shù)法、第一強度理論等對有機玻璃管道強度進(jìn)行了校核,證實管道抗爆性能滿足要求；通過ANSYS軟件對典型爆炸載荷下管壁動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行模擬研究,發(fā)現(xiàn)方形有機玻璃管破壞主要表現(xiàn)在縱向中心線位置的拉-剪破壞,以及內(nèi)壁面棱邊位置的剪切破壞作用。 采用高速攝像、光電傳感器和壓力傳感器等實驗手段研究了典型濃度下無障礙物、重復(fù)障礙片、立體障礙物情形下管內(nèi)瓦斯火焰陣面位置、火焰?zhèn)鞑ニ俣群腿紵龎毫ψ兓?guī)律。分析了無障礙物下管內(nèi)火焰光信號-壓力信號關(guān)系,推導(dǎo)了無障礙物下化學(xué)當(dāng)量的瓦斯火焰?zhèn)鞑ニ俣群腿紵龎毫︸詈鲜?認(rèn)為火焰陣面位置-時間關(guān)系吻合GaussAmp擬合曲線較好。通過4種重復(fù)障礙片和5種立體障礙物下管內(nèi)瓦斯火焰?zhèn)鞑?shù)測試,認(rèn)為重復(fù)障礙片的阻塞比對火焰?zhèn)鞑?shù)增加貢獻(xiàn)相對于障礙片個數(shù)和間距要大；對于單個立體障礙物,平板、三棱柱加速火焰程度較大,長方體、四棱柱次之,而圓柱體增加程度最�。环治稣J(rèn)為立體障礙物表面有突變棱邊或表面的不規(guī)整性,是激勵火焰加速的重要原因,同時認(rèn)為火焰?zhèn)鞑コ跗谇爸谜系K物對其有一定阻礙作用。 文中從不同濃度、不同類型障礙物、不同開口約束材料等條件下研究了半開口管道內(nèi)瓦斯爆燃壓力分布規(guī)律,認(rèn)為管內(nèi)爆燃壓力從點火端開始增加,傳播到管子中部附近有脈動現(xiàn)象,靠近開口處壓力迅速下降；實驗表明,泄壓面積一定條件下,管內(nèi)瓦斯爆燃壓力大小與封口材料的厚度和抗拉強度均有關(guān),材料越厚、抗拉強度越大,其管內(nèi)瓦斯爆燃壓力值也越大,而封口材料破裂常數(shù)Kb是衡量其破裂難易程度的重要參數(shù)。 采用光電傳感器、壓力傳感器和微細(xì)熱電偶等測試手段探討了內(nèi)鋪煤粉和石粉兩種典型非金屬粉末影響管內(nèi)瓦斯火焰?zhèn)鞑C制,認(rèn)為活性的煤粉與瓦斯火焰形成瓦斯-煤粉復(fù)合火焰,使得化學(xué)反應(yīng)區(qū)寬度增加,在測點處瞬時溫度曲線呈現(xiàn)出較為明顯的“雙峰結(jié)構(gòu)”；有無煤粉時管內(nèi)燃燒壓力峰值差別不大,但有煤粉時壓力脈沖寬度增加；內(nèi)鋪石粉時燃燒壓力峰值、壓力脈沖寬度相對無粉末情況會減小,說明石粉有效抑制瓦斯火焰?zhèn)鞑ミ^程。 采用Fluent軟件模擬9.5%濃度、放置40%阻塞比的五種立體障礙物情形管內(nèi)瓦斯爆燃火焰?zhèn)鞑ヌ匦詤?shù),定性分析了不同形態(tài)立體障礙物加速火焰程度和加速機制。采用Matlab軟件等瓦斯火焰圖像進(jìn)行去噪和增強處理,使得火焰特征和細(xì)節(jié)部分凸顯出來,同時采用該軟件提取火焰輪廓,進(jìn)而較為精確計算出火焰陣面位置和火焰?zhèn)鞑ニ俣?并基于RGB三色模型初步分析了火焰圖像RGB值與熱電偶溫度之間關(guān)系。 本文研究對揭示管內(nèi)瓦斯爆炸波傳播規(guī)律、障礙物激勵瓦斯火焰?zhèn)鞑C制等,具有重要的科學(xué)意義；對減輕、控制礦井瓦斯爆炸災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展,以及優(yōu)化現(xiàn)有阻隔爆技術(shù),具有重要的應(yīng)用價值。同時對設(shè)計較為合理的工業(yè)可燃?xì)怏w輸運管道結(jié)構(gòu)、提出較為合理的阻火抑爆措施等方面具有重要的理論指導(dǎo)意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TD712
【參考文獻(xiàn)】
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1 余立新,孫文超,吳承康;障礙物結(jié)構(gòu)對管道中預(yù)混火焰加速的影響[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2002年06期
2 喻健良;胡春明;李江濤;陳鵬;伊軍;;平板阻火單元溫度變化對火焰淬熄的影響[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2007年01期
3 劉fE亞;陸守香;朱迎春;;水霧作用下甲烷/空氣預(yù)混火焰的光譜特性[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2008年01期
4 喻健良;蔡濤;李岳;史啟才;;絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對爆炸氣體淬熄的試驗研究[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2008年02期
5 陳先鋒;孫金華;姚禮殷;劉洋;;Tulip火焰形成過程中的細(xì)微結(jié)構(gòu)特性[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2008年04期
6 何學(xué)超;孫金華;丁以斌;尹藝;袁國杰;;90°彎曲管道對丙烷-空氣預(yù)混火焰?zhèn)鞑サ挠绊慬J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2010年03期
7 袁亮;;煤與瓦斯共采 領(lǐng)跑煤炭科學(xué)開采[J];能源與節(jié)能;2011年04期
8 年偉民,周凱元,王漢良,葉劍飛,夏昌敬;氣體爆轟波在聲學(xué)吸收壁下游的再加強過程[J];實驗力學(xué);2005年01期
9 文虎;王秋紅;羅振敏;馬礪;唐建軍;;超細(xì)Al(OH)_3粉體抑制甲烷爆炸的實驗研究[J];西安科技大學(xué)學(xué)報;2009年04期
10 胡八一,柏勁松,劉大敏,劉光祚,王德生,胡海波;爆炸容器的工程設(shè)計方法及其應(yīng)用[J];壓力容器;2000年02期
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2 王志榮;受限空間氣體爆炸傳播及其動力學(xué)過程研究[D];南京工業(yè)大學(xué);2005年
3 陳先鋒;丙烷—空氣預(yù)混火焰微觀結(jié)構(gòu)及加速傳播過程中的動力學(xué)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年
4 李孝斌;礦井瓦斯爆炸感應(yīng)期內(nèi)反應(yīng)動力學(xué)分析及光學(xué)特征研究[D];西安科技大學(xué);2010年
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5 周崇;管道內(nèi)預(yù)混可燃?xì)怏w爆炸與抑爆的研究[D];大連理工大學(xué);2004年
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7 汪泉;管道中甲烷—空氣預(yù)混氣爆炸火焰?zhèn)鞑サ难芯縖D];安徽理工大學(xué);2006年
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本文編號：1550029
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/anquangongcheng/1550029.html
本文關(guān)鍵詞： 瓦斯爆炸 預(yù)混火焰 有機玻璃管道 障礙物 高速攝像 微細(xì)熱電偶 數(shù)值模擬 圖像處理 出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2013年博士論文 論文類型：學(xué)位論文
【摘要】：目前煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位,近年來我國煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生,盡管很多礦井采取了主動式的瓦斯抽排放技術(shù),但這并不意味著不需要對瓦斯爆炸現(xiàn)象進(jìn)行研究,主動措施一旦失效后,被動的預(yù)防和控制措施顯得尤為重要。一些國有大中型煤礦盡管在礦井巷道中布設(shè)了隔爆棚、隔爆水袋,瓦斯爆炸發(fā)生后這些阻隔爆裝置往往達(dá)不到應(yīng)有的效果,甚至失效,從某種程度上說明,人們對瓦斯爆炸機理、火焰加速傳播機制以及火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘确矫娲嬖谡J(rèn)識上不足。對瓦斯爆炸現(xiàn)象的研究通常采用大尺寸模擬巷道或小型實驗管道,大型模擬巷道比較接近真實礦井,但由于其成本較高、場地限制、現(xiàn)場測試?yán)щy等因素,很多學(xué)者更傾向于在實驗室里搭建實驗管道以研究瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律。小型管道和大型巷道內(nèi)瓦斯火焰加速機制、爆燃波的傳播特性是一致的,它們之間存在一定“尺寸效應(yīng)”。 為了揭示管內(nèi)瓦斯火焰?zhèn)鞑C制及障礙物誘導(dǎo)瓦斯火焰加速機制,本文采用高速攝像、光電傳感器、壓力傳感器、微細(xì)熱電偶等實驗手段測試了長1.5m、截面100×100mm2有機玻璃方管內(nèi)瓦斯爆燃火焰?zhèn)鞑D像、傳播速度、爆燃壓力、瞬態(tài)溫度等傳播特性參數(shù)。分析了無障礙物、重復(fù)障礙物、立體障礙物以及典型非金屬粉末等條件下管內(nèi)瓦斯爆燃火焰運動特征和傳播特性。采用實驗研究結(jié)合數(shù)值模擬和理論分析的研究方法,較為詳細(xì)地研究管內(nèi)瓦斯爆燃火焰?zhèn)鞑ヌ卣骱蛡鞑ヒ?guī)律。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論體現(xiàn)在以下方面： 首先采用爆炸理論、動力學(xué)系數(shù)法、第一強度理論等對有機玻璃管道強度進(jìn)行了校核,證實管道抗爆性能滿足要求；通過ANSYS軟件對典型爆炸載荷下管壁動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行模擬研究,發(fā)現(xiàn)方形有機玻璃管破壞主要表現(xiàn)在縱向中心線位置的拉-剪破壞,以及內(nèi)壁面棱邊位置的剪切破壞作用。 采用高速攝像、光電傳感器和壓力傳感器等實驗手段研究了典型濃度下無障礙物、重復(fù)障礙片、立體障礙物情形下管內(nèi)瓦斯火焰陣面位置、火焰?zhèn)鞑ニ俣群腿紵龎毫ψ兓?guī)律。分析了無障礙物下管內(nèi)火焰光信號-壓力信號關(guān)系,推導(dǎo)了無障礙物下化學(xué)當(dāng)量的瓦斯火焰?zhèn)鞑ニ俣群腿紵龎毫︸詈鲜?認(rèn)為火焰陣面位置-時間關(guān)系吻合GaussAmp擬合曲線較好。通過4種重復(fù)障礙片和5種立體障礙物下管內(nèi)瓦斯火焰?zhèn)鞑?shù)測試,認(rèn)為重復(fù)障礙片的阻塞比對火焰?zhèn)鞑?shù)增加貢獻(xiàn)相對于障礙片個數(shù)和間距要大；對于單個立體障礙物,平板、三棱柱加速火焰程度較大,長方體、四棱柱次之,而圓柱體增加程度最�。环治稣J(rèn)為立體障礙物表面有突變棱邊或表面的不規(guī)整性,是激勵火焰加速的重要原因,同時認(rèn)為火焰?zhèn)鞑コ跗谇爸谜系K物對其有一定阻礙作用。 文中從不同濃度、不同類型障礙物、不同開口約束材料等條件下研究了半開口管道內(nèi)瓦斯爆燃壓力分布規(guī)律,認(rèn)為管內(nèi)爆燃壓力從點火端開始增加,傳播到管子中部附近有脈動現(xiàn)象,靠近開口處壓力迅速下降；實驗表明,泄壓面積一定條件下,管內(nèi)瓦斯爆燃壓力大小與封口材料的厚度和抗拉強度均有關(guān),材料越厚、抗拉強度越大,其管內(nèi)瓦斯爆燃壓力值也越大,而封口材料破裂常數(shù)Kb是衡量其破裂難易程度的重要參數(shù)。 采用光電傳感器、壓力傳感器和微細(xì)熱電偶等測試手段探討了內(nèi)鋪煤粉和石粉兩種典型非金屬粉末影響管內(nèi)瓦斯火焰?zhèn)鞑C制,認(rèn)為活性的煤粉與瓦斯火焰形成瓦斯-煤粉復(fù)合火焰,使得化學(xué)反應(yīng)區(qū)寬度增加,在測點處瞬時溫度曲線呈現(xiàn)出較為明顯的“雙峰結(jié)構(gòu)”；有無煤粉時管內(nèi)燃燒壓力峰值差別不大,但有煤粉時壓力脈沖寬度增加；內(nèi)鋪石粉時燃燒壓力峰值、壓力脈沖寬度相對無粉末情況會減小,說明石粉有效抑制瓦斯火焰?zhèn)鞑ミ^程。 采用Fluent軟件模擬9.5%濃度、放置40%阻塞比的五種立體障礙物情形管內(nèi)瓦斯爆燃火焰?zhèn)鞑ヌ匦詤?shù),定性分析了不同形態(tài)立體障礙物加速火焰程度和加速機制。采用Matlab軟件等瓦斯火焰圖像進(jìn)行去噪和增強處理,使得火焰特征和細(xì)節(jié)部分凸顯出來,同時采用該軟件提取火焰輪廓,進(jìn)而較為精確計算出火焰陣面位置和火焰?zhèn)鞑ニ俣?并基于RGB三色模型初步分析了火焰圖像RGB值與熱電偶溫度之間關(guān)系。 本文研究對揭示管內(nèi)瓦斯爆炸波傳播規(guī)律、障礙物激勵瓦斯火焰?zhèn)鞑C制等,具有重要的科學(xué)意義；對減輕、控制礦井瓦斯爆炸災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展,以及優(yōu)化現(xiàn)有阻隔爆技術(shù),具有重要的應(yīng)用價值。同時對設(shè)計較為合理的工業(yè)可燃?xì)怏w輸運管道結(jié)構(gòu)、提出較為合理的阻火抑爆措施等方面具有重要的理論指導(dǎo)意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TD712
【參考文獻(xiàn)】
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7 汪泉;管道中甲烷—空氣預(yù)混氣爆炸火焰?zhèn)鞑サ难芯縖D];安徽理工大學(xué);2006年
，本文編號：1550029
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