爆燃波和薄水层相互作用初步实验研究

发布时间：2020-04-29 14:20

【摘要】：瓦斯爆炸是最严重的矿井灾害之一,其产生的高温火焰、强烈冲击波和有毒气体严重威胁着井下工作人员的生命安全,不仅如此,由瓦斯爆炸引起的粉尘爆炸和坍塌等次生灾害还会使事故严重程度和波及范围进一步扩大。虽然对瓦斯爆炸的研究一直是国内外学者对矿井灾害的研究重点,但依然不能确保瓦斯爆炸事故不会发生。因此,研究削弱瓦斯爆炸带来的危害,对于煤矿企业的安全生产具有重要意义。当前对于瓦斯抑爆的实验研究中,多是利用固体粉末、惰性气体、水雾等进行爆炸实验,本论文结合理论研究和实验探究的方法,将薄水层与爆燃波相互作用,并对薄水层抑制爆燃波的传播进行了系统实验研究。经研究,爆燃波和化学反应的传播是典型的非线性现象,不符合几何相似性,因此小尺度的实验结果并不一定能反映出真实的效果。而利用大型管道或模拟巷道进行的爆炸,实验结果数据波动较大,更加难以得到有说服力的分析结果。因此,本文选用截面为200mm*200mm的中尺度实验管道进行瓦斯爆炸实验,从爆炸压力和火焰传播速度的角度进行分析,即降低了实验结果的误差,又具有更高的可靠性,同时对瓦斯爆炸研究的尺度效应进行了初步认识。激波管系统、充配气系统、真空系统、测量系统和辅助系统构成了本实验的研究平台。在实验设备的设计安装过程中,对防误触发系统、光电传感系统以及高速摄影系统等方面做了优化升级,从而解决了以往实验中经常存在的误触发操作、信号采集、延时同步控制和瞬态光谱等问题。通过对瓦斯爆燃波和薄水层的相互作用进行实验探究,从压力和火焰方面入手进行定量分析,探究了薄水层对瓦斯爆炸的影响。实验的主要内容和分析结论如下:(1)应用并改进了一套可以进行甲烷空气混合气体爆炸及薄水层抑爆实验并可以对实验中的压力数据和火焰光电信息进行收集处理的实验平台。(2)在实验中发现,压力高值区的爆炸具有不规则性,且在压力上升过程中出现震荡叠加效应。(3)火焰在爆燃波之后经过管道的同时压力下降的速率最大;讨论了火焰传播速度、爆炸压力及压力上升速率与不同位置的冲击波反射作用效果。(4)火焰传播速度、火焰面宽度、爆炸压力及压力上升速率与薄水层的水量成反比,且当水量较小时对于爆炸前驱冲击波的压力上升速率均有促进作用。
【图文】：

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波管、切割摩擦火花系统和各种尺度的管网爆炸模拟系统。粉尘爆炸特性检测包括：最低着火温度和着火能量、爆炸下限浓度、最大爆炸压力和压力上升速率等。爆炸监控和自动隔爆技术包括：连续检测可燃气体浓度、空间粉尘浓度和沉积粉尘强度等参量，自动超限报警和控制相关设备断电功能。当发生瓦斯、粉尘爆炸，可控制喷撒抑爆剂扑灭火焰并防止爆炸转播。煤科总院重庆分院瓦斯煤尘爆炸实验室建设了瓦斯煤尘爆炸实验基地[56]（1976~1980，600 余万），后经多次改造，可模拟煤矿井下实际尺度的瓦斯煤尘爆炸、可燃气体（天然液化气、油气、硫化氢等）和粉尘（矿物、粮食、纺织物等）爆炸特性及传播规律和隔抑爆技术等（图 6）。主要包括：地下爆炸实验巷道（断面 7.2m2、长 896m，国际第二、亚太地区最大、中国唯一）和地面钢制系列爆炸管道（断面 10m2和长 20m、Φ2m 和长 29m、Φ720mm 和长 93m、Φ500mm和长 66m、Φ300mm 和长 26m、Φ200mm 和长 20m）。配套的测试系统包括 50Msps高速动态爆炸参量、1000fps 高速摄像。此外还建有气体粉尘、煤尘、气体/粉尘和切割摩擦火花、防隔爆等相关设备。

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图 1-2 激波卷扬液体表面图像Figure 1-2 Image of shock wave rolling liquid surfa击后的压力的冲击载荷会在液体表面产生的不规则扰动。在这些扰动上的流动产生)[58](1989)观察到了非常薄的液体薄膜上的的风洞被用来在平板上的油膜表面产生低速有不同波长的横向波痕，在过渡流下观察，，模拟了开阔空间中水的抑爆效果，研究发倍时，可以将爆炸形成的冲击波的强度降域中的作用效果，分别将水的分布条件设置形式，结果发现，对于不同的质量比和载荷一定的缩减。研究团队[61]在长为 160cm，直径 8.4cm 的石声雾化技术将无机盐溶液进行雾化抑爆，无化钾。利用高速摄像机对管道内的火焰传播
【学位授予单位】：华北科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD712.7

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