本文關(guān)鍵詞：甲烷預(yù)混氣體爆炸極限及火焰淬熄機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 爆炸極限 絕熱燃燒溫度 狹縫 淬熄長(zhǎng)度 阻火器

【摘要】：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的持續(xù)發(fā)展,能源的需求量日益增多。煤炭作為當(dāng)今主要的能源之一,其開(kāi)采量和開(kāi)采深度在不斷增加。隨之而來(lái)的就是瓦斯排放量也在逐年增加。煤礦抽采的甲烷在我國(guó)有些煤礦企業(yè)用作發(fā)電,但由于排放甲烷濃度較低,利用難度大,一般通過(guò)燃燒后排入空氣。但在排放的過(guò)程中會(huì)發(fā)生回火的問(wèn)題,給煤礦生產(chǎn)帶來(lái)一系列的安全問(wèn)題�；诖�,本課題組與澳大利亞CSIRO合作,針對(duì)煤礦井下瓦斯排放帶來(lái)的火焰燃燒的阻燃問(wèn)題開(kāi)展了研究工作。本文的主要工作為：針對(duì)與實(shí)際相符的瓦斯成分,研究其爆炸極限及火焰的熄滅機(jī)理和條件,為設(shè)計(jì)能夠工業(yè)應(yīng)用的阻火器提供技術(shù)支持。在混合氣體爆炸極限方面的研究是以化學(xué)平衡和吉布斯自由能為基礎(chǔ),采用ChemKin數(shù)值模擬軟件并選取臨界溫度1450K作為混合氣體是否可燃的判別標(biāo)準(zhǔn),預(yù)測(cè)了混合氣體爆炸極限。并以此預(yù)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)裝置,測(cè)定特定當(dāng)量比下的混合氣體的爆炸極限。同時(shí)研究了N2、C02等惰性氣體對(duì)混合氣體爆炸極限的影響。在7L爆炸容器內(nèi),用距點(diǎn)火源100mm處的光電傳感器來(lái)捕捉火焰信號(hào),以3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)均未記錄到火焰信號(hào)來(lái)判斷混合物是否被點(diǎn)燃。據(jù)此對(duì)瓦斯和空氣的混合氣體的爆炸極限進(jìn)行測(cè)量,得到了甲烷與二氧化碳按不同比例混合時(shí)在空氣中的爆炸極限。在阻火方面,主要研究可燃?xì)怏w在管道傳輸過(guò)程中意外點(diǎn)燃時(shí)火焰在管道內(nèi)傳播經(jīng)過(guò)阻火器后火焰熄滅的機(jī)理及效率,研究了矩形截面管道中不同寬度狹縫裝置對(duì)火焰燃燒的影響。通過(guò)改變預(yù)混氣體中甲烷的含量來(lái)調(diào)整火焰進(jìn)入狹縫時(shí)的速度,采用數(shù)值模擬方法和高速攝影測(cè)試方法,得出了狹縫寬度與火焰速度和淬熄長(zhǎng)度的指數(shù)關(guān)系,為阻火器的設(shè)計(jì)與選擇提供了主要的參考依據(jù)。采用Fluent軟件數(shù)值模擬了火焰在狹縫內(nèi)的傳播和淬熄,并以1000K為火焰熄滅的臨界溫度,定性分析了不同火焰速度、不同狹縫寬度、不同截面形狀對(duì)淬熄長(zhǎng)度的影響程度。本文首次把定性仿真技術(shù)應(yīng)用到預(yù)混氣體火焰淬熄方面研究中,并用實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果比較滿意,為研究預(yù)混氣體火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律又提供了一種方法。本文研究的瓦斯(甲烷)和空氣預(yù)混氣體的爆炸極限對(duì)指導(dǎo)工業(yè)安全具有一定的參考價(jià)值；研究得到的火焰在狹縫內(nèi)的淬熄長(zhǎng)度與火焰速度、狹縫寬度的關(guān)系,對(duì)工業(yè)上指導(dǎo)阻火器選擇和設(shè)計(jì)也具有應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：爆炸極限 絕熱燃燒溫度 狹縫 淬熄長(zhǎng)度 阻火器
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD712.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-17
• 1 緒論17-26
• 1.1 選題的背景及研究的意義17-19
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-24
• 1.2.1 預(yù)混火焰在管道中傳播的實(shí)驗(yàn)研究19-21
• 1.2.2 預(yù)混火焰在管道中傳播的數(shù)值研究21-22
• 1.2.3 甲烷爆炸極限的研究22-23
• 1.2.4 淬熄的研究23-24
• 1.3 論文的研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線24-26
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容24-25
• 1.3.2 技術(shù)路線25-26
• 2 預(yù)混氣體火焰在管道中傳播和淬熄的理論分析26-58
• 2.1 可燃?xì)怏w燃燒爆炸過(guò)程概述26-34
• 2.1.1 火焰在管道中傳播的基本理論27-30
• 2.1.1.1 層流火焰?zhèn)鞑ダ碚?/span>27-28
• 2.1.1.2 湍流火焰?zhèn)鞑ダ碚?/span>28-30
• 2.1.2 氣體爆炸的基本形式30-31
• 2.1.3 不同管道結(jié)構(gòu)下火焰的傳播31-33
• 2.1.4 可燃?xì)怏w爆炸特性參數(shù)33-34
• 2.2 影響預(yù)混氣體火焰在管道中傳播的因素34-36
• 2.2.1 可燃?xì)怏w的性質(zhì)34
• 2.2.2 可燃?xì)怏w的當(dāng)量比34-35
• 2.2.3 點(diǎn)火能量35
• 2.2.4 其他因素的影響35-36
• 2.3 火焰淬熄的理論分析36-46
• 2.3.1 綜述36
• 2.3.2 典型的淬熄理論36-38
• 2.3.3 火焰在管道中淬熄的研究38-46
• 2.4 爆炸極限46-52
• 2.4.1 預(yù)混氣體爆炸極限的理論分析46-49
• 2.4.2 爆炸極限的影響因素49-50
• 2.4.3 爆炸極限的理論計(jì)算50-52
• 2.5 阻火器52-57
• 2.5.1 阻火器的分類52-53
• 2.5.2 阻火器阻火參數(shù)的理論研究53-54
• 2.5.3 阻火器的結(jié)構(gòu)與材料54-57
• 2.6 本章小結(jié)57-58
• 3 實(shí)驗(yàn)裝置的建立58-71
• 3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介58-65
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)管道及爆炸罐58-61
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)管道配氣系統(tǒng)61-62
• 3.1.3 點(diǎn)火系統(tǒng)62-63
• 3.1.4 高速攝影系統(tǒng)63-64
• 3.1.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)64-65
• 3.2 實(shí)驗(yàn)的研究方法和步驟65-70
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)的研究方法65
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容65-70
• 3.2.2.1 火焰?zhèn)鞑ゼ按阆▽?shí)驗(yàn)過(guò)程及步驟65-66
• 3.2.2.2 爆炸極限實(shí)驗(yàn)過(guò)程及步驟66-70
• 3.3 本章小結(jié)70-71
• 4 混合氣體爆炸極限的計(jì)算及實(shí)驗(yàn)研究71-92
• 4.1 混合氣體的爆炸極限計(jì)算71-74
• 4.1.1 Chemkin介紹71-72
• 4.1.2 絕熱火焰溫度的計(jì)算72-74
• 4.2 臨界溫度的計(jì)算74-75
• 4.3 惰性氣體對(duì)爆炸極限的影響75-79
• 4.3.1 二氧化碳對(duì)爆炸極限的影響75-77
• 4.3.2 氮?dú)鈱?duì)爆炸極限的影響77-78
• 4.3.3 二氧化碳和氮?dú)夤餐瑢?duì)爆炸極限的影響78-79
• 4.4 預(yù)混氣體爆炸極限的實(shí)驗(yàn)研究79-91
• 4.4.1 引言79-82
• 4.4.2 甲烷/空氣爆炸極限的測(cè)定82-84
• 4.4.3 甲烷/二氧化碳/空氣爆炸極限的測(cè)定84-88
• 4.4.4 甲烷/氮?dú)?空氣爆炸極限的測(cè)定88-89
• 4.4.5 甲烷/氮?dú)?二氧化碳/空氣爆炸極限的測(cè)定89-91
• 4.5 本章小結(jié)91-92
• 5 火焰在狹縫中傳播和淬熄理論及實(shí)驗(yàn)研究92-112
• 引言92
• 5.1 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作92-93
• 5.2 銅狹縫板實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及分析93-100
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)中的不同測(cè)試結(jié)果94-95
• 5.2.2 不同火焰速度下的狹縫寬度和淬熄長(zhǎng)度的關(guān)系95-100
• 5.3 狹縫寬度D和淬熄長(zhǎng)度L關(guān)系的理論分析100-104
• 5.4 不銹鋼狹縫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及分析104-107
• 5.5 狹縫寬度、火焰速度、截面形狀對(duì)火焰的影響107-110
• 5.5.1 狹縫寬度的影響107-108
• 5.5.2 入口火焰速度的影響108-109
• 5.5.3 截面形狀的影響109-110
• 5.6 本章小結(jié)110-112
• 6 Kuipers的定性仿真方法112-125
• 6.1 Kuipers的定性仿真理論112-116
• 6.1.1 概述112
• 6.1.2 基本概念112-113
• 6.1.3 定性仿真模型113-114
• 6.1.4 定性仿真狀態(tài)轉(zhuǎn)換114-115
• 6.1.5 定性描繪圖115
• 6.1.6 定性仿真過(guò)程115-116
• 6.2 定性仿真的應(yīng)用116-124
• 6.2.1 基于QSIM的預(yù)混氣體爆轟胞格結(jié)構(gòu)建模117-118
• 6.2.2 胞格結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究118-120
• 6.2.3 不同初始條件下定性仿真分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比120-124
• 6.2.3.1 爆轟胞格結(jié)構(gòu)與氣體當(dāng)量比的關(guān)系120-121
• 6.2.3.2 爆轟胞格尺寸與初始?jí)毫Φ年P(guān)系121-122
• 6.2.3.3 爆轟胞格尺寸與惰性氣體濃度的關(guān)系122-124
• 6.3 本章小結(jié)124-125
• 7 結(jié)論與展望125-128
• 7.1 結(jié)論125-126
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)126
• 7.3 本文的不足及展望126-128
• 參考文獻(xiàn)128-138
• 致謝138-139
• 作者簡(jiǎn)介及讀研期間主要科研成果139-140
• 附錄1 主要符號(hào)對(duì)照表140-143
• 附錄2 甲烷/氧氣/惰性氣體預(yù)混氣體絕熱燃燒溫度云圖143-146
• 附錄3 甲烷/空氣預(yù)混氣體爆轟胞格結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)圖146

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