超細(xì)水霧抑制甲烷爆炸實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬
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更多相關(guān)文章: 甲烷爆炸 超細(xì)水霧 數(shù)值模擬 火焰?zhèn)鞑?/b> 抑制效果
【摘要】:近些年來,頻繁發(fā)生的煤礦瓦斯爆炸事故嚴(yán)重威脅著礦井工人的生命安全,給企業(yè)和社會都帶來了極大負(fù)擔(dān)。為此,一種有效的抑爆技術(shù)的提出就顯得極為迫切。超細(xì)水霧作為一種新型的抑爆介質(zhì),由于其自身所具有的眾多優(yōu)點(diǎn),已得到了大量學(xué)者的重視。本文采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了超細(xì)水霧對甲烷爆炸的抑制效果及影響因素,并初步分析了抑制機(jī)理。本文目的是總結(jié)超細(xì)水霧抑爆規(guī)律,為工業(yè)應(yīng)用提供理論分析基礎(chǔ)。 本文首先在容積為0.02025m3的密閉長方體容器中,進(jìn)行了超細(xì)水霧抑制甲烷爆炸實(shí)驗(yàn),獲得了各個實(shí)驗(yàn)條件下的爆炸超壓發(fā)展規(guī)律和火焰?zhèn)鞑D像。在此基礎(chǔ)上,對超細(xì)水霧抑制甲烷爆炸過程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬計(jì)算,并利用模擬結(jié)果對火焰溫度和形態(tài)變化,以及流場流動特征進(jìn)行了分析。 通過對實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果的分析,可得到如下主要結(jié)論: (1)甲烷爆炸時,火焰?zhèn)鞑ニ俣认仍龃?后減小,最后趨于波動,而且速度的這種波動趨勢會一直保持到爆炸結(jié)束。郁金香火焰結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),與火焰附近的大尺度渦團(tuán)運(yùn)動有關(guān)。 (2)當(dāng)加入超細(xì)水霧后,甲烷爆炸強(qiáng)度明顯降低,表現(xiàn)在最大爆炸超壓和最大火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏p小,壓力上升也變得緩慢。當(dāng)水霧量達(dá)到一定值后,爆炸會被完全抑制;鹧婷婧腿紵a(chǎn)物區(qū)的顏色和透明度發(fā)生改變,溫度也明顯降低;鹧?zhèn)鞑ニ俣瓤傮w變化趨勢未改變,但火焰的加速過程會變得緩慢。當(dāng)水霧量足夠大時,郁金香火焰結(jié)構(gòu)消失。在整個爆炸過程中,火焰前方的未燃?xì)怏w的流動方向始終與火焰?zhèn)鞑シ较蛞恢隆;鹧婧蠓降娜紵a(chǎn)物的流動方向,在爆炸前期與火焰?zhèn)鞑シ较蛳嗤?后期則相反。 (3)超細(xì)水霧對火焰的熱量吸收,造成火焰的溫度和傳播速度的降低。同時水蒸汽又能稀釋未燃區(qū)的氧氣濃度,對可燃?xì)怏w產(chǎn)生窒息作用。 (4)影響抑制效果的因素主要為水霧量和水霧顆粒粒徑。水霧量越大,抑制效果越好。當(dāng)水霧量一定時,顆粒粒徑為15μm的水霧的抑制效果最好。
【關(guān)鍵詞】:甲烷爆炸 超細(xì)水霧 數(shù)值模擬 火焰?zhèn)鞑?/strong> 抑制效果
【學(xué)位授予單位】:大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2014
【分類號】:TD712.7
【目錄】:
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 引言9-10
- 1 文獻(xiàn)綜述10-28
- 1.1 研究背景及意義10-12
- 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-26
- 1.2.1 氣體爆炸研究12-16
- 1.2.2 氣體爆炸防治技術(shù)研究16-17
- 1.2.3 細(xì)水霧抑制氣體爆炸研究17-26
- 1.3 研究內(nèi)容26-28
- 2 超細(xì)水霧抑制甲烷爆炸的實(shí)驗(yàn)研究28-39
- 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)方法28-30
- 2.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備28-29
- 2.1.2 實(shí)驗(yàn)方法29-30
- 2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析30-37
- 2.2.1 甲烷爆炸特征分析30-33
- 2.2.2 超細(xì)水霧抑制甲烷爆炸特征分析33-37
- 2.3 本章小結(jié)37-39
- 3 超細(xì)水霧抑制甲烷爆炸數(shù)值計(jì)算模型的建立39-45
- 3.1 數(shù)學(xué)模型39-43
- 3.1.1 湍流大渦模擬模型39-40
- 3.1.2 部分預(yù)混燃燒模型40-41
- 3.1.3 離散相模型41-42
- 3.1.4 熱輻射和壁面換熱模型42-43
- 3.2 幾何模型和網(wǎng)格劃分43-44
- 3.3 時間步長和數(shù)值方法44
- 3.4 邊界和初始條件44
- 3.5 本章小結(jié)44-45
- 4 超細(xì)水霧抑制甲烷爆炸的數(shù)值模擬研究45-83
- 4.1 甲烷爆炸的數(shù)值模擬45-50
- 4.1.1 模擬與實(shí)驗(yàn)的壓力上升過程比對45-46
- 4.1.2 火焰?zhèn)鞑ミ^程分析46-48
- 4.1.3 火焰形態(tài)與流動關(guān)系48-50
- 4.2 超細(xì)水霧抑制甲烷爆炸的數(shù)值模擬50-81
- 4.2.1 超細(xì)水霧抑制下的爆炸超壓變化規(guī)律50-56
- 4.2.2 超細(xì)水霧抑制下的火焰?zhèn)鞑ミ^程分析56-66
- 4.2.3 模擬流場分析66-68
- 4.2.4 粒徑變化對抑制效果的影響68-76
- 4.2.5 水霧抑制作用分析76-81
- 4.3 本章小結(jié)81-83
- 結(jié)論83-84
- 參考文獻(xiàn)84-88
- 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況88-89
- 致謝89-90
【參考文獻(xiàn)】
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,本文編號:869967
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