障碍物对甲烷—煤粉爆炸强度影响的实验研究

【摘要】： 近些年来我国煤炭行业矿井瓦斯煤尘爆炸事故频繁发生。而几乎所有的爆炸情况下都存在设备、机械等大量的障碍物,正是这些障碍物的存在,增大了爆炸的威力,造成了更大的损失。要防止煤尘与可燃气体混合物的爆炸,首先要确定煤尘和燃气混合物的爆炸威力和特性,而目前对于含杂混合物煤尘爆炸,尤其是障碍物对瓦斯-煤尘混合物爆炸影响的研究还比较少。本文针对有障碍物存在条件下甲烷—煤粉混合物的爆炸特性进行了实验研究。本次研究的主要工作和结论如下: (1)根据标准设计了一套可抽式障碍物粉尘-燃气爆炸实验装置系统,实现了对煤尘、甲烷、障碍物参数的控制和对爆炸压力波、最大爆炸压力、最大压力上升速率以及爆炸时间等粉尘爆炸特性参数的实验测试。 (2)障碍物对煤尘-甲烷爆炸具有显著的加速效果,与没有障碍物相比,有障碍物存在时,爆炸时间从70ms减少到约20ms:压力波在管道中传播的加速机理,主要应归因于障碍物诱导的湍流对燃烧过程的正反馈。 (3)研究了障碍物结构、障碍物位置、障碍物数目、障碍物阻塞比对最大爆炸压力,最大压力上升速率以及爆炸时间在管道中的变化情况的影响。从研究的六种不同形状的障碍物来看,正方形障碍物具有最大的爆炸增速作用,圆形障碍物的增速效果最差,三角形的增幅效果处于它们之间:当障碍物之间间距接近管径长时,管内具有最大的压力上升速率;当障碍物个数为15个时,管内出现最大爆炸压力和最大压力上升速率;当阻塞率k为0.5时,爆炸压力和压力上升速率最大。 (4)研究了甲烷—煤粉混合物组成特性对爆炸的影响。随煤粉粒径的减少,最大爆炸压力和最大压力上升速率都增加;随着煤粉浓度的增加,最大爆炸压力和最大压力上升速率先增加后减少,并在500g/m~3时它们都达到最大值;随着甲烷浓度的增加,最大爆炸压力和最大压力上升速率都先增加后减少,在甲烷体积分数约为6—7%时,管内出现最大爆炸压力和最大压力上升速率的最大值。 本文的创新点: (1)对管道内存在障碍物时甲烷-煤粉混合物的爆炸特性进行研究,获得了障碍物形状、尺寸、数量等对爆炸特性的影响规律。即从研究的六种不同形状的障碍物来看,正方形障碍物具有最大的爆炸增速作用,圆形障碍物的增速效果最差,三角形的增幅效果处于它们之间;当障碍物之间间距接近管径长时,管内具有最大的压力上升速率;当障碍物个数为15个时,管内出现最大爆炸压力和最大压力上升速率;当阻塞率k为0.5时,爆炸压力和压力上升速率最大。 (2)煤尘-甲烷混合物爆炸实验结果表明,煤尘粒径越小,爆炸威力越大;煤尘浓度为500g/m~3、甲烷浓度为6-7%时,爆炸威力最大。 【关键词】：甲烷-煤粉混合物 爆炸 超压 压力上升速率 障碍物
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TD714.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-35
• 1.1 气体爆炸12-20
• 1.1.1 爆炸的定义和分类12-13
• 1.1.2 气体爆炸的条件、特征和影响因素13-14
• 1.1.3 气体爆炸的基本参数14-15
• 1.1.4 气体爆炸过程中燃烧与流动的正反馈关系15-16
• 1.1.5 气体爆炸的机理16-18
• 1.1.6 气体爆炸的实验研究18-20
• 1.2 粉尘爆炸20-32
• 1.2.1 粉尘爆炸的定义和条件20-21
• 1.2.2 粉尘爆炸机理21-25
• 1.2.3 粉尘爆炸特征25-26
• 1.2.4 粉尘爆炸的影响因素26-27
• 1.2.5 粉尘爆炸的参数27
• 1.2.6 粉尘爆炸强度及分级方法27-28
• 1.2.7 粉尘爆炸的研究发展28-32
• 1.3 含杂混合物粉尘爆炸32-35
• 1.3.1 含杂混合物粉尘爆炸的定义32
• 1.3.2 含杂混合物粉尘爆炸的研究现状32-33
• 1.3.3 本文所研究的内容33-35
• 2 实验装置、工况和步骤35-47
• 2.1 实验装置35-44
• 2.1.1 设置可抽式障碍物爆炸装置系统的依据35-36
• 2.1.2 可抽式障碍物爆炸装置系统的组成36-43
• 2.1.3 可抽式障碍物爆炸装置系统的功能43-44
• 2.2 实验工况44-45
• 2.2.1 实验用煤44-45
• 2.2.2 实验所用气体45
• 2.3 实验步骤45-46
• 2.4 本章小结46-47
• 3 障碍物对密闭管内甲烷—煤粉混合物爆炸的影响47-69
• 3.1 有、无障碍物时管内爆炸压力波的变化47-51
• 3.2 障碍物形状对管内爆炸压力波和最大爆炸压力上升速率的影响51-57
• 3.3 障碍物个数与障碍物间距对最大压力上升速率的影响57-63
• 3.4 阻塞率(K)对管内最大压力上升速率的影响63-66
• 3.5 本章小结66-69
• 4 甲烷—煤粉混合物组成性质对爆炸的影响69-82
• 4.1 煤粉粒径对最大爆炸压力和最大压力上升速率的影响69-72
• 4.2 煤粉浓度对最大爆炸压力和最大压力上升速率的影响72-76
• 4.3 甲烷浓度对爆炸压力和最大压力上升速率的影响76-81
• 4.4 本章小结81-82
• 结论82-84
• 参考文献84-89
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况89-90
• 致谢90-91

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