本文選題：管道 + 瓦斯爆炸�。� 參考：《湖南科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：煤礦瓦斯爆炸是礦井內(nèi)致災(zāi)性最強的事故災(zāi)害之一。瓦斯爆炸造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失,嚴(yán)重威脅著我國煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此,掌握煤礦瓦斯爆炸熱動力沖擊破壞及演化特性為瓦斯爆炸事故的治理、防爆抑爆措施及確定災(zāi)后的救災(zāi)防災(zāi)工作提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。本文以流體力學(xué)和受限空間氣體爆炸相關(guān)理論為基礎(chǔ),分析瓦斯爆炸的反應(yīng)條件、影響因素及巷道內(nèi)傳播過程的物理機(jī)制和破壞特性。根據(jù)瓦斯爆炸沖擊波傳播理論分析,建立了相應(yīng)的物理模型和數(shù)學(xué)模型,采用軟件ANSYS/LS-DYNA對管道內(nèi)濃度為9.5%的瓦斯爆炸進(jìn)行了數(shù)值模擬,分別模擬管道內(nèi)瓦斯爆炸徑向溫度分布及瞬態(tài)熱應(yīng)力,導(dǎo)熱系數(shù)對瞬態(tài)熱應(yīng)力峰值的影響;瓦斯爆炸流固耦合下沖擊作用特性;不同管徑、不同爆炸強度的瓦斯爆炸熱沖擊對壁面的損傷破壞。論文得到以下主要結(jié)論:1)模擬管道內(nèi)瓦斯爆炸沿徑向溫度及瞬態(tài)熱應(yīng)力,導(dǎo)熱系數(shù)對瞬態(tài)熱應(yīng)力峰值的影響,發(fā)現(xiàn):a.管道內(nèi)瓦斯爆炸,分布在管道封閉端內(nèi)壁面溫度達(dá)到最大,并沿著管道軸向逐漸衰減。b.管道徑向上發(fā)生熱傳導(dǎo),在徑向方向形成瞬態(tài)溫度、應(yīng)力梯度場。溫度均隨著徑向距離的增大而單調(diào)衰減,溫度與徑向傳播距離近似為三次函數(shù)關(guān)系。c.熱應(yīng)力峰值、管道軸向最大伸長量與導(dǎo)熱系數(shù)均有三次函數(shù)關(guān)系。管道軸向最大伸長量隨著導(dǎo)熱系數(shù)增大而增大,熱應(yīng)力峰值隨著導(dǎo)熱系數(shù)遞增而單調(diào)衰減。2)模擬管道內(nèi)瓦斯爆炸流固耦合下沖擊作用特性,得出:a管道內(nèi)瓦斯爆炸,測點A、B的壓力瞬間達(dá)到超壓峰值,并出現(xiàn)壓力“平臺”現(xiàn)象,之后測點A、B壓力逐漸減小趨于一定值,而初始狀態(tài)為大氣壓測點C、D、E、F依次達(dá)到各自超壓峰值后有較小的波動現(xiàn)象,之后逐漸地衰減趨近于大氣壓力。因此,考慮耦合效應(yīng)時各測點的超壓峰值變化趨勢與非耦合情況基本一致,超壓峰值大小差異較小,流固耦合作用對爆炸流場內(nèi)部的爆炸沖擊超壓大小影響較小,計算分析時基本上采用解耦合模型。b.解耦條件下,管道內(nèi)瓦斯爆炸等壓線分布呈現(xiàn)較規(guī)則同心環(huán),以圓環(huán)的形式向管道開口處傳播;而耦合條件下,管道內(nèi)瓦斯爆炸等壓線分布則以較為紊亂的形式向管道的開口處傳播。因此,瓦斯爆炸流固耦合效應(yīng)對爆炸流場等壓線分布有一定的影響,即改變流場分布。c.管道內(nèi)瓦斯爆炸總能量均逐漸衰減為零,耦合條件下動能峰值小于解耦條件下的動能峰值,且達(dá)到峰值時間大于解耦達(dá)到峰值時間,即耦合效應(yīng)對動能峰值有一定的影響。d.瓦斯爆炸瞬間,管道封閉端隅角處沖擊波匯聚,管道隅角處發(fā)生了變形,局部出現(xiàn)最大等效應(yīng)力,同時封閉端受沖擊波瞬間沖擊作用,向外膨脹變形,隨后變形恢復(fù)。隨著時間推移,爆炸沖擊波壓縮臨近氣體向管道開口端傳播,傳播過程中伴隨著能量衰減,管道均發(fā)生了微弱變形。爆炸沖擊波過后,封閉端區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了負(fù)壓區(qū),周圍的氣體回流向爆炸中心移動,對爆炸氣體進(jìn)行壓縮,致使隅角部位及封閉端再次發(fā)生變形,隨后又變形恢復(fù),但是之后的變形均小于瓦斯爆炸瞬間的變形。3)模擬不同管徑、不同爆炸強度的瓦斯爆炸熱沖擊對壁面的破壞,尺度效應(yīng)對瓦斯爆炸傳播參數(shù)的影響關(guān)系,得出:a.隨著管道半徑不斷增大,測點A、B的壓力“平臺”持續(xù)時間縮短,測點C、D、E、F壓力曲線波動幅度變化不大,但波動時間縮短,且達(dá)到各自超壓峰值時間間隔明顯減小。b.隨著管道半徑的增大,各測點速度達(dá)到峰值時間明顯減小,速度峰值增大較為明顯,各測點震蕩越來越頻繁。c.隨著管道半徑的增大,等效應(yīng)力隨著管道半徑的增大而遞增,并且震蕩越來越頻繁。d.隨著管道半徑的增大,X方向位移值也增大,且相鄰位移峰值間的時間明顯增大。e.隨著管道內(nèi)瓦斯填充長度增加,即瓦斯爆炸強度的增加,管道封閉端最開始有彈性膨脹變形,爆炸沖擊波荷載超過了材料的屈服強度,管道封閉端與內(nèi)壁面結(jié)合隅角部位,內(nèi)壁面沿管道周向出現(xiàn)一層脫落,出現(xiàn)了“Z”型破壞,爆炸荷載的持續(xù)加載,壁面最終出現(xiàn)了“階梯式”的破壞,但是爆炸強度繼續(xù)增大,最終管道壁面沿周向出現(xiàn)一圈缺口,封閉端逃離束縛,壁面開始撕裂,出現(xiàn)了張開型的擴(kuò)展現(xiàn)象。本文通過數(shù)值模擬對煤礦瓦斯爆炸在管道內(nèi)傳播特性以及爆炸熱沖擊對管道壁面破壞特性進(jìn)行了分析,并得到了一些規(guī)律性的結(jié)論對礦井瓦斯爆炸事故的防治、減小瓦斯爆炸災(zāi)害的損失以及爆炸事故調(diào)查分析,同時為制定防爆抑爆措施提供了非常重要的參考和依據(jù)。
[Abstract]:In this paper , the effect of gas explosion in pipeline is simulated by using the theory of fluid mechanics and confined space gas explosion . With the increase of the radius of the pipeline , the peak time of the gas explosion at the closed end of the pipeline is less than that of the gas explosion . This paper analyzes the propagation characteristics of coal mine gas explosion in the pipeline and the damage characteristic of the wall of the pipeline in the circumferential direction by numerical simulation , analyzes the damage characteristics of the wall of the pipeline in the circumferential direction , and obtains some regularity conclusions . It also gives some important reference and basis for the development of explosion - proof and explosion - proof measures .
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD712.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2049728