受限空间瓦斯爆炸传播规律数值模拟研究
发布时间：2021-07-10 07:00
瓦斯爆炸是煤矿安全的重大隐患之一,在受限的巷道空间内瓦斯爆炸会产生高温高压,对作业空间内的人和设备会造成极大损害,导致灾难性后果。因此,研究瓦斯在受限空间的爆炸对于预防矿井瓦斯爆炸或减小瓦斯爆炸的损失具有重要的现实意义。在理论分析和借鉴前人研究成果的基础上建立了描述瓦斯在受限空间内爆炸的物理模型和数学模型,并且给出了数值模拟的初始条件和模型的边界条件。采用有限速率／涡耗散模型（Finite-Rate/Eddy-Dissipation）来模拟瓦斯-空气混合气体的爆炸过程,使用SIMPLEC算法来处理爆炸过程中压力和速度的关系,并且使用不平衡函数法处理了壁面附近的流场,提高了数值模拟的精度。为了精确捕捉瓦斯爆炸中流场和火焰阵面的变化,在模拟过程中使用了以温度为标准的网格自适应加密技术。分别对密闭直管道和密闭分岔管道中的瓦斯-空气混合气体爆炸过程进行了数值模拟,重点研究了爆炸过程中火焰和冲击波的传播过程。混合气体被点燃后,火焰从点火源向管道末端传播,随着传播的进行管道内的温度和压力不断增加,当火焰传播到管道末端时爆炸结束,此时管道内的压力达到最大值。混合气体在分岔管道中爆炸后火焰的传播受到了...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 瓦斯爆炸的破坏和伤害机理
1.2.2 瓦斯爆炸机理研究
1.2.3 瓦斯爆炸传播规律的研究现状
1.2.4 瓦斯爆炸过程数值模拟研究现状
1.2.5 存在的问题
1.3 研究的内容、技术路线和研究方法
1.3.1 研究的主要内容
1.3.2 研究方法与技术路线
第二章 瓦斯爆炸及爆炸传播特性相关理论分析
2.1 引言
2.2 瓦斯爆炸的反应机理
2.2.1 瓦斯爆炸方程
2.2.2 瓦斯爆炸的条件
2.2.3 瓦斯爆炸反应机理分析
2.3 瓦斯爆炸传播特性分析
2.3.1 瓦斯爆炸冲击波的结构和传播特性
2.3.2 瓦斯爆炸传播的数学方程
2.4 巷道瓦斯爆炸传播的物理模型
2.4.1 巷道瓦斯爆炸传播的特点总结
2.4.2 巷道瓦斯爆炸冲击波传播的物理模型
2.5 本章小结
第三章 瓦斯爆炸传播数学模型的建立及数值方法
3.1 引言
3.2 数学模型的建立
3.2.1 基本假设
3.2.2 均相湍流燃烧的时均方程组
3.2.3 湍流模型
3.2.4 燃烧模型
3.2.5 壁面函数
3.3 计算方法
3.3.1 二维方程的离散
3.3.2 压力-速度耦合
3.4 本章小结
第四章 受限空间内瓦斯空气混合气体爆炸数值模拟研究
4.1 引言
4.2 模型建立和网格划分
4.2.1 几何模型与计算区域
4.2.2 网格划分
4.2.3 边界条件和初始条件
4.3 数值模拟结果分析
4.3.1 瓦斯在直管道内爆炸火焰发展和传播过程
4.3.2 瓦斯爆炸过程中温度和压力的变化
4.3.3 瓦斯在分岔管道中爆炸特征分析
4.4 本章小结
第五章 受限空间瓦斯爆炸数值模拟的有效性
5.1 引言
5.2 直管道内瓦斯爆炸数值模拟的有效性
5.3 分岔管道内瓦斯爆炸数值模拟的有效性
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 不足与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]瓦斯爆炸在分岔管道中的传播规律及分析[J]. 林柏泉,叶青,翟成,菅从光. 煤炭学报. 2008(02)
[2]煤矿瓦斯爆炸火焰波和冲击波传播规律的理论研究与实验分析[J]. 王大龙,周心权,张玉龙,曹洋. 矿业安全与环保. 2007(02)
[3]瓦斯爆炸运动火焰生成压力波的数值模拟[J]. 吴兵,张莉聪,徐景德. 中国矿业大学学报. 2005(04)
[4]激波诱导瓦斯气体爆燃的三维数值模拟[J]. 徐景德,张莉聪,杨庚宇. 武汉理工大学学报. 2005(06)
[5]受限空间工业气体爆炸研究进展[J]. 王志荣,蒋军成. 工业安全与环保. 2005(03)
[6]壁面粗糙度对瓦斯爆炸过程中火焰传播和爆炸波的作用[J]. 高建康,菅从光,林柏泉,李超. 煤矿安全. 2005(02)
[7]环栅条形障碍物对可燃气云爆炸影响的数值模拟与实验研究[J]. 丁信伟,杨国刚,毕明树,李生娟. 天然气工业. 2004(04)
[8]巷道瓦斯爆炸的计算机模拟研究[J]. 高尔新,白春华,薛玉,成志辉,王礼. 爆破. 2003(S1)
[9]CH4/N2/O2预混气激波火焰结构数值预测[J]. 蒋勇,邱榕,董刚,张和平,范维澄. 火灾科学. 2003(04)
[10]通用甲烷层流预混火焰半详细化学动力学机理[J]. 董刚,刘宏伟,陈义良. 燃烧科学与技术. 2002(01)
博士论文
[1]受限空间煤尘爆炸冲击波传播衰减规律研究[D]. 程磊.河南理工大学 2011
[2]受限空间气体爆炸传播及其动力学过程研究[D]. 王志荣.南京工业大学 2005
硕士论文
[1]瓦斯爆炸传播规律数值模拟研究[D]. 胡铁柱.中国矿业大学（北京） 2008
[2]预混火焰在平板狭缝中传播与淬熄的研究[D]. 胡春明.大连理工大学 2006
[3]微型圆管结构对火焰传播抑制作用的数值模拟[D]. 李江涛.大连理工大学 2006
[4]管道中甲烷—空气预混气爆炸火焰传播的研究[D]. 汪泉.安徽理工大学 2006
[5]内置障碍物受限空间内可燃气体爆炸数值模拟[D]. 梁春利.大连理工大学 2005
[6]火焰在激波诱导下稳定性问题的数值模拟与实验验证[D]. 靳建明.南京理工大学 2004
本文编号：3275431
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 瓦斯爆炸的破坏和伤害机理
1.2.2 瓦斯爆炸机理研究
1.2.3 瓦斯爆炸传播规律的研究现状
1.2.4 瓦斯爆炸过程数值模拟研究现状
1.2.5 存在的问题
1.3 研究的内容、技术路线和研究方法
1.3.1 研究的主要内容
1.3.2 研究方法与技术路线
第二章 瓦斯爆炸及爆炸传播特性相关理论分析
2.1 引言
2.2 瓦斯爆炸的反应机理
2.2.1 瓦斯爆炸方程
2.2.2 瓦斯爆炸的条件
2.2.3 瓦斯爆炸反应机理分析
2.3 瓦斯爆炸传播特性分析
2.3.1 瓦斯爆炸冲击波的结构和传播特性
2.3.2 瓦斯爆炸传播的数学方程
2.4 巷道瓦斯爆炸传播的物理模型
2.4.1 巷道瓦斯爆炸传播的特点总结
2.4.2 巷道瓦斯爆炸冲击波传播的物理模型
2.5 本章小结
第三章 瓦斯爆炸传播数学模型的建立及数值方法
3.1 引言
3.2 数学模型的建立
3.2.1 基本假设
3.2.2 均相湍流燃烧的时均方程组
3.2.3 湍流模型
3.2.4 燃烧模型
3.2.5 壁面函数
3.3 计算方法
3.3.1 二维方程的离散
3.3.2 压力-速度耦合
3.4 本章小结
第四章 受限空间内瓦斯空气混合气体爆炸数值模拟研究
4.1 引言
4.2 模型建立和网格划分
4.2.1 几何模型与计算区域
4.2.2 网格划分
4.2.3 边界条件和初始条件
4.3 数值模拟结果分析
4.3.1 瓦斯在直管道内爆炸火焰发展和传播过程
4.3.2 瓦斯爆炸过程中温度和压力的变化
4.3.3 瓦斯在分岔管道中爆炸特征分析
4.4 本章小结
第五章 受限空间瓦斯爆炸数值模拟的有效性
5.1 引言
5.2 直管道内瓦斯爆炸数值模拟的有效性
5.3 分岔管道内瓦斯爆炸数值模拟的有效性
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 不足与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]瓦斯爆炸在分岔管道中的传播规律及分析[J]. 林柏泉,叶青,翟成,菅从光. 煤炭学报. 2008(02)
[2]煤矿瓦斯爆炸火焰波和冲击波传播规律的理论研究与实验分析[J]. 王大龙,周心权,张玉龙,曹洋. 矿业安全与环保. 2007(02)
[3]瓦斯爆炸运动火焰生成压力波的数值模拟[J]. 吴兵,张莉聪,徐景德. 中国矿业大学学报. 2005(04)
[4]激波诱导瓦斯气体爆燃的三维数值模拟[J]. 徐景德,张莉聪,杨庚宇. 武汉理工大学学报. 2005(06)
[5]受限空间工业气体爆炸研究进展[J]. 王志荣,蒋军成. 工业安全与环保. 2005(03)
[6]壁面粗糙度对瓦斯爆炸过程中火焰传播和爆炸波的作用[J]. 高建康,菅从光,林柏泉,李超. 煤矿安全. 2005(02)
[7]环栅条形障碍物对可燃气云爆炸影响的数值模拟与实验研究[J]. 丁信伟,杨国刚,毕明树,李生娟. 天然气工业. 2004(04)
[8]巷道瓦斯爆炸的计算机模拟研究[J]. 高尔新,白春华,薛玉,成志辉,王礼. 爆破. 2003(S1)
[9]CH4/N2/O2预混气激波火焰结构数值预测[J]. 蒋勇,邱榕,董刚,张和平,范维澄. 火灾科学. 2003(04)
[10]通用甲烷层流预混火焰半详细化学动力学机理[J]. 董刚,刘宏伟,陈义良. 燃烧科学与技术. 2002(01)
博士论文
[1]受限空间煤尘爆炸冲击波传播衰减规律研究[D]. 程磊.河南理工大学 2011
[2]受限空间气体爆炸传播及其动力学过程研究[D]. 王志荣.南京工业大学 2005
硕士论文
[1]瓦斯爆炸传播规律数值模拟研究[D]. 胡铁柱.中国矿业大学（北京） 2008
[2]预混火焰在平板狭缝中传播与淬熄的研究[D]. 胡春明.大连理工大学 2006
[3]微型圆管结构对火焰传播抑制作用的数值模拟[D]. 李江涛.大连理工大学 2006
[4]管道中甲烷—空气预混气爆炸火焰传播的研究[D]. 汪泉.安徽理工大学 2006
[5]内置障碍物受限空间内可燃气体爆炸数值模拟[D]. 梁春利.大连理工大学 2005
[6]火焰在激波诱导下稳定性问题的数值模拟与实验验证[D]. 靳建明.南京理工大学 2004
本文编号：3275431
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