乙炔对瓦斯爆炸的化学动力学影响模拟研究
发布时间：2021-04-18 23:03
为预防煤矿井下瓦斯与乙炔（C2H2）混合气体爆炸的发生,通过在CHEMKIN-Pro软件中使用化学反应模型GRI-Mech3.0,研究不同体积分数C2H2对瓦斯爆炸的爆炸极限的影响,并详细分析爆炸过程中压力、温度、自由基及其敏感性变化和爆炸结束后主要生成物含量。研究结果表明:随着C2H2体积分数的增大,混合气体爆炸下限降低,爆炸上限上升,最大爆炸压力和最高爆炸温度变大,O2的消耗量变大,生成物中的CO体积分数上升,其他生成物如CO2、H2O、NOx体积分数下降;而且C2H2加速消耗自由基中的O、OH,导致O、OH自由基含量显著下降;敏感性分析显示,随着C2H2的加入,促进主要自由基消耗的反应从R158变为R53,促进主要自由基形成的反应由R155变为R38。
【文章来源】：中国安全科学学报. 2020,30(09)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
混合气体爆炸极限的变化
图2为爆炸过程中温度和压力的变化。对于所有测试工况，温度和压力迅速增加到最大值，然后保持在该值不变。总体而言，瓦斯-C2H2混合气体的最大压力和最高温度值均大于纯瓦斯气体爆炸。随着C2H2体积分数逐渐增加，最大压力值与最高温度值逐渐增加，最大压力由0.22 MPa变为0.234 MPa，上升了6.3%，最高温度由2 888 K变为2 980 K，上升了3.2%。从图2中可以看出，添加C2H2使得瓦斯爆炸的感应期大大缩短。这表明C2H2极大地影响瓦斯爆炸，提高了爆炸的破坏威力，加快了化学反应速率。但是模拟结果与文献[7-8]有一定偏差。主要因为压力模拟中使用的定容容器的体积较小，使得模拟结果与实际压力具有一定误差，模拟温度为绝热温度，比实际温度稍大。2.4 瓦斯与O2的变化
CO2与H2O通常被视为无毒的气体，但是高体积分数的CO2对人的呼吸有极大的抑制作用，严重的会造成窒息，高温水蒸气也会对人体皮肤和呼吸道产生灼烧作用。图4为不同工况下CO2与H2O体积分数的变化，随着C2H2的体积分数从0%增加到2.0%时，CO2的最终体积分数从4.5%逐渐降低到3.8%，下降了15.6%,H2O的最终体积分数从14.5%逐渐降低到13.3%，下降了8.2%。氧氮化物为混合气体爆炸产生的另一种产物。NO是一种惰性气体，但在有氧的情况下很容易被氧化成NO2。在各种氮氧化物中，NO2是一种高度腐蚀性和剧毒气体，对人的呼吸系统非常有害。图5a、图5b为NOx的变化趋势。可以看出，随着C2H2体积分数的增大，NO与NO2的体积分数分别下降33.9%、61.9%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多元可燃气体对CH4爆炸及其自由基发射光谱影响试验[J]. 罗振敏,王子瑾,苏彬,李逵,石静. 中国安全科学学报. 2020(04)
[2]强点火作用下C3HF7对甲烷-空气爆炸的抑制[J]. 蔡闯,陈先锋,员亚龙,黄楚原,袁必和,代华明. 高压物理学报. 2020(02)
[3]C2H6/C3H8影响CH4爆炸极限参数及动力学特性研究[J]. 罗振敏,苏彬,王涛,程方明. 化工学报. 2019(09)
[4]障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播的影响研究[J]. 徐阿猛,陈学习,贾进章. 中国安全科学学报. 2019(09)
[5]氮气幕对瓦斯爆炸进行阻爆实验[J]. 路长,王鸿波,张运鹏,朱寒,余明高. 化工进展. 2019(07)
[6]超细水雾抑制甲烷爆炸的影响因素分析[J]. 杨克,邢志祥,纪虹,舒瑶,张平,左嘉琦. 中国安全科学学报. 2018(11)
[7]受限空间内CO影响瓦斯爆炸的数值模拟[J]. 曲国娜,王建国,王来贵,贾宝山. 煤矿安全. 2016(03)
[8]CO、H2混合气体对瓦斯爆炸的协同作用机理研究[J]. 贾宝山,李春苗,胡如霞,金珂,李宗翔,李守国. 世界科技研究与发展. 2016(01)
[9]煤矿其他可燃气体对空气中甲烷爆炸极限的影响[J]. 罗振敏,林京京,郭正超,蔡周全,程方明,何吉坤. 中国安全科学学报. 2015(01)
[10]受限空间瓦斯爆炸与氢气促进机理研究[J]. 贾宝山,温海燕,梁运涛,王小云. 中国安全科学学报. 2012(02)
硕士论文
[1]受限空间N2、CO2及H2O抑制瓦斯爆炸的数值模拟研究[D]. 温海燕.辽宁工程技术大学 2013
本文编号：3146328
【文章来源】：中国安全科学学报. 2020,30(09)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
混合气体爆炸极限的变化
图2为爆炸过程中温度和压力的变化。对于所有测试工况，温度和压力迅速增加到最大值，然后保持在该值不变。总体而言，瓦斯-C2H2混合气体的最大压力和最高温度值均大于纯瓦斯气体爆炸。随着C2H2体积分数逐渐增加，最大压力值与最高温度值逐渐增加，最大压力由0.22 MPa变为0.234 MPa，上升了6.3%，最高温度由2 888 K变为2 980 K，上升了3.2%。从图2中可以看出，添加C2H2使得瓦斯爆炸的感应期大大缩短。这表明C2H2极大地影响瓦斯爆炸，提高了爆炸的破坏威力，加快了化学反应速率。但是模拟结果与文献[7-8]有一定偏差。主要因为压力模拟中使用的定容容器的体积较小，使得模拟结果与实际压力具有一定误差，模拟温度为绝热温度，比实际温度稍大。2.4 瓦斯与O2的变化
CO2与H2O通常被视为无毒的气体，但是高体积分数的CO2对人的呼吸有极大的抑制作用，严重的会造成窒息，高温水蒸气也会对人体皮肤和呼吸道产生灼烧作用。图4为不同工况下CO2与H2O体积分数的变化，随着C2H2的体积分数从0%增加到2.0%时，CO2的最终体积分数从4.5%逐渐降低到3.8%，下降了15.6%,H2O的最终体积分数从14.5%逐渐降低到13.3%，下降了8.2%。氧氮化物为混合气体爆炸产生的另一种产物。NO是一种惰性气体，但在有氧的情况下很容易被氧化成NO2。在各种氮氧化物中，NO2是一种高度腐蚀性和剧毒气体，对人的呼吸系统非常有害。图5a、图5b为NOx的变化趋势。可以看出，随着C2H2体积分数的增大，NO与NO2的体积分数分别下降33.9%、61.9%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多元可燃气体对CH4爆炸及其自由基发射光谱影响试验[J]. 罗振敏,王子瑾,苏彬,李逵,石静. 中国安全科学学报. 2020(04)
[2]强点火作用下C3HF7对甲烷-空气爆炸的抑制[J]. 蔡闯,陈先锋,员亚龙,黄楚原,袁必和,代华明. 高压物理学报. 2020(02)
[3]C2H6/C3H8影响CH4爆炸极限参数及动力学特性研究[J]. 罗振敏,苏彬,王涛,程方明. 化工学报. 2019(09)
[4]障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播的影响研究[J]. 徐阿猛,陈学习,贾进章. 中国安全科学学报. 2019(09)
[5]氮气幕对瓦斯爆炸进行阻爆实验[J]. 路长,王鸿波,张运鹏,朱寒,余明高. 化工进展. 2019(07)
[6]超细水雾抑制甲烷爆炸的影响因素分析[J]. 杨克,邢志祥,纪虹,舒瑶,张平,左嘉琦. 中国安全科学学报. 2018(11)
[7]受限空间内CO影响瓦斯爆炸的数值模拟[J]. 曲国娜,王建国,王来贵,贾宝山. 煤矿安全. 2016(03)
[8]CO、H2混合气体对瓦斯爆炸的协同作用机理研究[J]. 贾宝山,李春苗,胡如霞,金珂,李宗翔,李守国. 世界科技研究与发展. 2016(01)
[9]煤矿其他可燃气体对空气中甲烷爆炸极限的影响[J]. 罗振敏,林京京,郭正超,蔡周全,程方明,何吉坤. 中国安全科学学报. 2015(01)
[10]受限空间瓦斯爆炸与氢气促进机理研究[J]. 贾宝山,温海燕,梁运涛,王小云. 中国安全科学学报. 2012(02)
硕士论文
[1]受限空间N2、CO2及H2O抑制瓦斯爆炸的数值模拟研究[D]. 温海燕.辽宁工程技术大学 2013
本文编号：3146328
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