本文關(guān)鍵詞：初始溫度和初始壓力對瓦斯爆炸特性的影響研究

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【摘要】：瓦斯爆炸具有瞬時性、復(fù)雜性和破壞性的特點(diǎn),是多種因素共同作用的結(jié)果,其中初始溫度、初始壓力、瓦斯?jié)舛�、氧含量等均對其產(chǎn)生較大的影響。為了探索初始溫度和初始壓力對瓦斯爆炸特性的影響,本文在理論分析的基礎(chǔ)上,對不同初始溫度和初始壓力條件下的瓦斯爆炸特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,并從化學(xué)動力學(xué)和流體動力學(xué)兩個方面對爆炸過程進(jìn)行數(shù)值模擬研究�；跓岜ɡ碚摵玩�?zhǔn)椒磻?yīng)理論,描述了瓦斯爆炸過程,著重分析了點(diǎn)火初始階段的發(fā)展過程,給出了瓦斯爆炸的點(diǎn)火條件。在此基礎(chǔ)上,分析了初始溫度和初始壓力對瓦斯爆炸反應(yīng)速率、爆炸特性表征參數(shù)、爆炸極限等的影響。通過不同瓦斯?jié)舛认碌谋▽?shí)驗(yàn),確定了實(shí)驗(yàn)條件下的最佳濃度為10.1%。運(yùn)用特殊環(huán)境20L爆炸特性測試系統(tǒng)對不同初始溫度條件下處于最佳濃度的瓦斯的爆炸特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在實(shí)驗(yàn)溫度范圍(25℃～200℃)內(nèi),隨著初始溫度的升高,最大爆炸壓力呈指數(shù)降低,最大壓力上升速率略有增大,點(diǎn)火延遲時間縮短。通過對不同初始溫度和初始壓力條件下瓦斯爆炸極限的研究表明:在實(shí)驗(yàn)溫度(25℃～200℃)和壓力(0.1Ma～1.0MPa)范圍內(nèi),隨著初始溫度或/和初始壓力的升高,爆炸上限升高,爆炸下限降低,極限范圍擴(kuò)大;爆炸上限隨初始溫度或初始壓力的升高呈指數(shù)上升,爆炸下限隨初始溫度的升高呈指數(shù)下降,隨初始壓力的升高呈直線下降;初始溫度和初始壓力兩者對爆炸極限的耦合影響比單因素影響要顯著得多,且高于兩者影響作用的加和。最大爆炸壓力和爆炸極限的實(shí)驗(yàn)值與理論值一致性良好,且隨初始溫度或壓力的變化趨勢基本吻合。借鑒危險度的概念及模糊評價的方法,提出了一種初步評估瓦斯爆炸危險性的方法。借助CHEMKIN及FLUENT軟件包對瓦斯爆炸過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,通過溫度及主要自由基濃度敏感性分析,確定了影響爆炸反應(yīng)的主要基元反應(yīng);通過對爆炸流場的分析,再現(xiàn)了密閉空間中瓦斯爆炸的發(fā)展過程。在模擬溫度范圍(298K～1173K)內(nèi),爆炸溫度隨初始溫度的升高而升高,但較之初始溫度的溫度升高均在2400K左右;最大爆炸壓力隨初始溫度的升高而降低,模擬值與實(shí)驗(yàn)值吻合良好,最大爆炸壓力的模擬值略高于實(shí)驗(yàn)值,但隨著溫度的升高,模擬值與實(shí)驗(yàn)值逐漸接近;反應(yīng)時間隨初始溫度的升高而縮短。當(dāng)初始壓力增大時,反應(yīng)初期的火焰速度變化不明顯,而反應(yīng)后期的火焰速度則隨之加快,在整個反應(yīng)過程中,平均火焰速度加快,反應(yīng)時間縮短。當(dāng)初始壓力升高相同值時,較高的初始溫度使爆炸溫度升高的幅度較大;當(dāng)初始溫度升高相同值時,較高的初始壓力使最大爆炸壓力降低的幅度較小。因此,當(dāng)初始溫度和初始壓力同時升高時,瓦斯爆炸的危險性將增大。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD712.7

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本文編號：1269747