煤尘—甲烷爆炸的实验研究

【摘要】：近年来我国煤炭行业矿井瓦斯煤尘爆炸事频繁发生,造成的损失十分巨大。要防止煤尘爆炸,首先要确定煤尘爆炸的威力和特性,而目前对于煤尘爆炸,尤其是瓦斯-煤尘混合物爆炸的研究还比较少。本文就此针对纯煤尘和煤尘-甲烷混合物的爆炸特性进行了实验研究。并应用热力学、燃烧学以及粉尘爆炸等理论知识对实验结果进行了分析。主要工作和结论如下: (1)根据标准设计了一套哈特曼粉尘爆炸实验装置系统,实现了对最大爆炸压力、最大压力上升速率和爆炸时间等粉尘爆炸特性参数的实验研究。 (2)实验研究了纯煤尘的爆炸特性。最大爆炸压力和最大压力上升速率随着煤尘粒径的减小而增加;随煤尘浓度的增大,最大爆炸压力和最大压力上升速率先增后降,在浓度500g/m~3时达到最大值。 (3)实验研究了煤尘-甲烷混合物的爆炸特性。最大爆炸压力和最大压力上升速率随着煤尘粒径的减小而增加;随煤尘浓度的增大,最大爆炸压力和最大压力上升速率先增后降;随着甲烷浓度的增加,其最大爆炸压力和最大压力上升速率先升后降,在甲烷浓度5%左右达到最大;煤尘爆炸下限迅速降低,趋近于零。 (4)应用相关的理论知识对实验结果进行了分析。分别推导出粉尘爆炸放热量和最大爆炸压力与煤尘浓度、甲烷浓度等影响因素的关系。对实验结果进行了合理的解释和拓展。 本文的主要创新点是: 对煤尘-甲烷混合物爆炸与纯煤尘爆炸进行对比性实验,从多方面详细的考察了甲烷对煤尘爆炸特性的影响。 【关键词】：纯煤尘 煤尘-甲烷混合物 爆炸压力 压力上升速率 爆炸下限
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TD714.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-12
• 1 文献综述12-31
• 1.1 气体爆炸12-16
• 1.1.1 爆炸的定义及分类12
• 1.1.2 气体爆炸的定义及基本形式12-13
• 1.1.3 气体爆炸发生的条件13
• 1.1.4 气体爆炸的影响因素13-14
• 1.1.5 气体爆炸的基本参数14-15
• 1.1.6 气体爆炸的研究进展15-16
• 1.2 粉尘爆炸16-29
• 1.2.1 粉尘爆炸的定义及条件16-17
• 1.2.2 粉尘爆炸机理17-18
• 1.2.3 粉尘爆炸的特点18
• 1.2.4 粉尘爆炸的影响因素18-19
• 1.2.5 粉尘的爆炸特性参数19
• 1.2.6 粉尘爆炸强度分级方法19-20
• 1.2.7 粉尘爆炸的研究进展20-29
• 1.3 含杂混合物粉尘爆炸29-30
• 1.3.1 含杂混合物粉尘爆炸的定义29
• 1.3.1 含杂混合物粉尘爆炸的研究现状29-30
• 1.4 本文的工作30-31
• 2 实验装置和工况31-38
• 2.1 实验装置31-36
• 2.1.1 使用哈特曼粉尘爆炸实验装置系统的依据31
• 2.1.2 哈特曼粉尘爆炸实验装置系统的组成31-34
• 2.1.3 哈特曼粉尘爆炸实验装置系统的功能34-36
• 2.2 实验工况36-37
• 2.2.1 实验用煤36
• 2.2.2 实验用气36-37
• 2.3 本章小结37-38
• 3 煤尘爆炸特性的实验研究38-55
• 3.1 密闭容器内粉尘爆炸特性38-39
• 3.2 实验过程39-40
• 3.3 实验参数40
• 3.3.1 最大爆炸压力和最大压力上升速率40
• 3.3.4 爆炸持续时间40
• 3.3.3 爆炸指数40
• 3.4 粉尘爆炸过程的分析40-41
• 3.5 最大爆炸压力与最大压力上升速率的实验研究41-50
• 3.5.1 点火延迟时间对最大爆炸压力和最大压力上升速率的影响41-43
• 3.5.2 初始压力对最大爆炸压力和最大压力上升速率的影响43-45
• 3.5.3 粉尘粒径对最大爆炸压力和最大压力上升速率的影响45-46
• 3.5.4 粉尘浓度对最大爆炸压力和最大压力上升速率的影响46-50
• 3.6 粉尘爆炸时间的实验研究50-52
• 3.6.1 粉尘粒径对爆炸时间的影响50-51
• 3.6.2 粉尘浓度对爆炸时间的影响51-52
• 3.7 煤尘爆炸强度等级52-53
• 3.8 本章小结53-55
• 4 变甲烷浓度煤尘爆炸特性的实验研究55-62
• 4.1 实验过程55
• 4.2 实验参数55-56
• 4.3 粉尘爆炸过程的分析56-57
• 4.4 甲烷浓度对最大爆炸压力与最大压力上升速率的影响57-58
• 4.5 甲烷浓度对煤尘爆炸下限的影响58-59
• 4.6 甲烷浓度对爆炸时间的影响59-60
• 4.7 本章小结60-62
• 5 煤尘-甲烷爆炸与纯煤尘爆炸的对比性实验研究62-72
• 5.1 实验过程62
• 5.2 实验参数62
• 5.3 粉尘爆炸过程的分析62-63
• 5.4 最大爆炸压力与最大压力上升速率的实验研究63-68
• 5.4.1 粉尘粒径对最大爆炸压力和最大压力上升速率的影响63-66
• 5.4.2 粉尘浓度对最大爆炸压力和最大压力上升速率的影响66-68
• 5.5 粉尘爆炸时间的实验研究68-71
• 5.5.1 粉尘粒径对爆炸时间的影响68-69
• 5.5.2 粉尘浓度对爆炸时间的影响69-71
• 5.6 本章小结71-72
• 6 实验结果的理论分析72-87
• 6.1 实验假设72
• 6.2 基础理论计算72-77
• 6.2.1 粉尘爆炸前气体初始状态计算72-74
• 6.2.2 煤尘与空气充分反应爆炸强度的计算74-75
• 6.2.3 甲烷与空气充分反应爆炸强度的计算75-76
• 6.2.4 煤的分解热的计算76-77
• 6.3 爆炸强度随煤尘浓度变化的计算77-83
• 6.3.1 纯煤尘的爆炸78-80
• 6.3.2 煤尘-甲烷混合物的爆炸80-82
• 6.3.3 煤尘-甲烷混合物与纯煤尘爆炸强度的比较82-83
• 6.4 爆炸强度随煤尘粒径变化的计算83-85
• 6.5 本章小结85-87
• 结论87-89
• 参考文献89-92
• 附录A 符号说明92-95
• 附录B 纯煤尘爆炸特性实验数据95-99
• 附录C 煤尘-甲烷混合物爆炸特性实验数据99-102
• 附录D 理论计算所用热力学参数102-103
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况103-104
• 致谢104-105
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书105

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