本文選題：超細水霧　切入點：瓦斯爆炸　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】：煤炭是我國重要的工業(yè)能源之一,為我國的經(jīng)濟發(fā)展做出了重要貢獻。但是，煤礦頻發(fā)的瓦斯煤塵爆炸事故,極大的影響了我國煤炭產(chǎn)業(yè)的安全高效運營和健康發(fā)展,也使得煤礦安全成為我國最受關(guān)注的安全問題之一。煤礦井下是一個瓦斯和煤塵共存體系,煤礦瓦斯爆炸事故所造成的嚴重后果很多情況下是瓦斯爆炸的沖擊波揚起了沉積的煤塵,形成了危險性更大的瓦斯、煤塵混和爆炸。細水霧作為一種綠色高效滅火劑,被廣泛應(yīng)用于建筑、工業(yè)等許多場所。目前大部分研究者認為粒徑小于20μm的細水霧可以稱為超細水霧,超細水霧具有能夠撲滅具有障礙物的火災(zāi)和隱蔽火災(zāi)的優(yōu)點。關(guān)于超細水霧滅火機理的研究已經(jīng)有很多學(xué)者在開展,但是目前缺少關(guān)于超細水霧抑制爆炸的研究資料。并且超細水霧霧滴粒徑均勻、懸浮性好、霧通量控制方便,霧滴速度小,可有效的避免霧滴流場對抑爆的影響等。因此,開展超細水霧抑制瓦斯煤塵爆炸特性的研究,具有重要的科學(xué)意義和實用價值。 本文通過自行研制的小尺度模擬實驗臺開展研究了不同煤塵濃度、煤塵粒徑、瓦斯?jié)舛�、混合氣體初始壓力下的瓦斯煤塵混合爆炸的最大爆炸壓力和壓力上升速率、爆炸火焰溫度等特征參數(shù),為超細水霧抑爆試驗做參考和對比,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：混合爆炸的最大爆炸壓力、壓力上升速率均隨著煤塵濃度的增加先增加后減小,存在一個煤塵濃度使得最大爆炸壓力和壓力上升速率均達到最大值,偏離這個煤塵濃度值,最大爆炸壓力和壓力上升速率將逐漸減�。和瑫r,火焰溫度、爆炸壓力、壓力上升速率均隨著煤塵粒徑的增大而減小,說明煤塵粒徑越大,比表面積越小,和氧氣反應(yīng)越緩慢,使得混合爆炸的強度變小；另外,隨著瓦斯?jié)舛冉咏谕咚箍諝夥磻?yīng)的化學(xué)當量比濃度,瓦斯燃燒放出的熱量逐漸增加,引起爆炸火焰溫度、最大爆炸壓力、壓力上升速率逐漸上升。 為了研究超細水霧對混合爆炸抑制作用的規(guī)律和機理,本文開展了超細水霧抑制瓦斯煤塵混合爆炸以及煤塵濃度和煤塵粒徑對細水霧抑爆效率影響的小尺度實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在一定的條件下,爆炸壓力、壓力上升速率都隨著超細水霧霧通量的增大而減小,超細水霧的吸熱作用,稀釋氧氣作用以及對煤塵粒子的吸附作用,使混合爆炸的發(fā)展受到抑制；同時超細水霧完全抑爆的臨界水霧量隨著煤塵濃度和煤塵粒徑的增加而減少。由于氣體湍流度的強度對混合爆炸強度的(?)響極大,為了最大程度的減少初始氣流湍流度對爆炸的影響,將氣體和煤塵充進爆炸管后,延遲5s才開始點火。結(jié)果發(fā)現(xiàn)點火延遲時間對超細水霧抑爆效果有很非常明顯的影響,可以更有效的抑制瓦斯煤塵混合爆炸 根據(jù)礦井巷道內(nèi)存在障礙物的情況,本文實驗考慮設(shè)計了四種類型的障礙物。通過小尺寸實驗研究了障礙物條件下的超細水霧抑制瓦斯煤塵混合爆炸特征參數(shù),并討論了障礙物和煤塵粒徑對混合爆炸最大爆炸壓力、壓力上升速率、爆燃指數(shù)和臨界水霧量的影響,同時也比較了施加細水霧前后最大爆炸壓力的變化,發(fā)現(xiàn)障礙物的形狀、數(shù)量和位置均對混合爆炸的強度有很大的影響。在阻塞率相同的情況下,邊緣阻塞型障礙物比中心阻塞型障礙物能引起更強的湍流效果導(dǎo)致更大的爆炸壓力和壓力上升速率。由于超細水霧的加入對氣體湍流度有強化作用,和障礙物的強化作用疊加到一起,所以當超細水霧霧量小于某一范圍時,混合爆炸出現(xiàn)了強化,只有當超細水霧霧旱增大到一定程度后,混合爆炸的爆炸壓力和壓力上升速率才逐漸減小。 為了直觀的觀察混合爆炸火焰?zhèn)鞑サ膭討B(tài)過程,本文采用高速攝影機拍攝了爆炸的動態(tài)過程,分析發(fā)現(xiàn),在未添加超細水霧之前,火焰前鋒有非常明顯的脈動,火焰呈不規(guī)則的卷曲狀,氣體和粉塵充分燃燒爆炸后的火焰顏色呈明亮的白色,隨著燃燒爆炸過程的進行,在爆炸過程快結(jié)束的時候,火焰變成橘黃色。加入超細水霧之后,火焰前鋒呈近似半圓的光滑弧形,脈動現(xiàn)象幾乎消失,爆炸火焰顏色呈橘黃色。同時,障礙物的加入使得爆炸火焰的湍流強度明顯增強,火焰經(jīng)過障礙物時被壓縮,脈運非常明顯,并且在障礙物上方出現(xiàn)了很多湍流渦團,說明障礙物的存在確實使混合爆炸的火焰湍流度加強,爆炸反應(yīng)加快,強化了整個爆炸過程。添加超細水霧后,火焰前鋒變得平滑,火焰顏色更加明亮,從橘黃色變成明亮的白色,在障礙物附近可以看到明顯的橘黃色渦團。Ⅲ型障礙物起火焰的湍流效應(yīng)是從下面的一個障礙物中心上一個障礙物邊緣擴展,。而Ⅳ型障礙物引起混合爆炸火焰湍流效應(yīng)是從下面的一個障礙物整體邊緣同時向上一個障礙物擴展,在兩個障礙物之間呈紊亂的湍流結(jié)構(gòu),驗證邊緣阻塞型障礙物和中心阻塞型礙物對混合爆炸火焰?zhèn)鞑ビ绊憴C制的不同。 同時,本文還采用了La Vision激光流場診斷系統(tǒng)對障礙物和超細水霧條件下的混合爆炸流場進行了測量,進一步驗證了上述結(jié)果的準確性,也更進一步的提示了障礙物和超細水霧對混合爆炸的影響機理。
[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

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本文編號：1611041