细水雾防治胶带火灾的数值模拟和实验研究

发布时间：2017-05-12 02:05

  本文关键词：细水雾防治胶带火灾的数值模拟和实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着胶带输送机在我国煤矿井下应用范围越来越广,使用频率越来越高,其火灾隐患问题逐渐凸显,引起了研究人员的广泛关注,人们重视胶带火灾的原因主要包括:火灾时期产生的具有刺激性气味的气体,对井下人员呼吸系统造成严重损伤;同时,伴随着火灾发展蔓延,大量烟气在风流裹挟中,沿巷道四处弥漫,急剧降低了火源区及上下游的能见度,给人员逃生及火灾扑救带来更高的难度和挑战;另外,火灾可能造成巷道内风流逆转,影响矿井通风安全,若火灾发生在有瓦斯、粉尘爆炸危险性的矿井中,还可引发瓦斯、煤尘爆炸等二次灾害事故。为研究胶带火灾引发的危害并寻找对应防范、消除的措施,本文采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了井下胶带火灾发生发展规律和细水雾抑制熄灭火灾的效果,为掌握胶带火灾特性,发挥细水雾高效灭火效能提供试验依据。在数值模拟方面,利用FDS及辅助软件PyroSim,建立胶带巷道物理模型,对火灾时期巷道内温度分布、烟气流动以及风速对其影响进行了研究,考察了不同喷雾压力、液滴粒径、供水流量以及喷嘴位置等细水雾特性参数对胶带火灾治理效果的影响,模拟结果显示:在火源功率1200kw,风速1m/s时,火区上风侧出现烟气逆退现象,逆退距离10m,当巷道风速增加至2m/s时,烟气逆退现象消失;一定火源功率下,巷道内温度及烟气分层现象明显,风速越大,高温层的下沉及烟气的扩散速度越快,巷道内温度和烟气分布越均匀;施加不同压力的细水雾,火源区域及周围温度都能得到显著降低,并且压力越高温降越明显;粒径不同的细水雾对火灾的抑制效果差别较大,表现为粒径200μm及以下灭火效果基本相当,400μm细水雾抑制火焰较差;流量和喷嘴的布设位置也是影响细水雾灭火的重要因素,加大流量有益于提高灭火效率,但随着流量的增加,灭火时间将最终逐渐趋于一个特值;实验方面,首先根据相关资料确定了液滴粒径、雾化锥角、液滴动量以及雾通量为影响细水雾灭火效果的特性参数,研究了喷雾压力、供水流量对特征参数的影响,结果表明:增加喷雾压力有助于减小液滴粒径并优化液滴群分布的均匀性,但当压力增加到6mpa时,继续加大压力粒径不再出现明显变化,沿喷嘴中心线径向上的液滴群,距中心线越远液滴粒径越大、均匀性越差;增大流量,细水雾粒径变大,但均匀性向好;增大压力对提高雾化锥角有利,但压力增加到6mpa后,提高幅度较小;流量对于雾化锥角的影响较小。其次利用自主研发设计的细水雾发生装置对不同工况下细水雾的灭火有效性进行了考察,结果表明:在喷雾压力4mpa、5mpa、6mpa、7mpa下,细水雾灭火耗时分别为10min、8min、6min、5min左右,与普通水雾相比时间缩短50%以上,细水雾灭火时间随着压力的增加而降低,6mpa以后继续增加压力,灭火时间并不能得到进一步有效减少;增加水流量有助于提高细水雾的灭火效果,但随着不断加大细水雾流量,灭火时间将渐渐趋于一个特值,即存在一个临界流量下的最小灭火时间;当燃烧区域位于喷嘴正下方或偏离中心线0.5m时,此时火焰处于细水雾的水平作用范围之内,灭火时间比较短;当试样偏离中心2m时,火焰已接近或者超过细水雾水平作用范围的边缘,灭火时间较长;实验结果表明,不同压力和流量的细水雾均能对火灾中CO、CO_2以及烟气产生较好的抑制效果。
【关键词】：胶带火灾 细水雾 压力 液滴粒径 灭火效果
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD752
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 引言12
• 1.2 研究背景12-15
• 1.3 细水雾灭火及胶带火灾国内外研究现状15-19
• 1.4 研究内容、方法和意义19-22
• 1.4.1 研究内容19
• 1.4.2 研究方法19-20
• 1.4.3 论文研究意义20-22
• 第二章 矿井胶带火灾特性及细水雾防灭火机理与应用22-34
• 2.1 胶带火灾的起因分析22-24
• 2.2 胶带火灾发展规律24-27
• 2.2.1 阴燃阶段24-25
• 2.2.2 明火阶段25-26
• 2.2.3 火灾蔓延阶段26-27
• 2.3 细水雾起源及防灭火机理27-30
• 2.3.1 细水雾的起源27-28
• 2.3.2 细水雾的定义28-29
• 2.3.3 细水雾的灭火机理29-30
• 2.4 细水雾的应用30-34
• 2.4.1 细水雾扑灭A类(固体)火灾30-31
• 2.4.2 细水雾扑灭B类 (液体)火灾31
• 2.4.4 细水雾在电子设备上的应用31
• 2.4.5 细水雾在其他方面的应用31-34
• 第三章 胶带火灾特性及细水雾防治效果的数值模拟34-56
• 3.1 火灾数值模拟技术34-36
• 3.1.1 火灾数值模型的分类34-36
• 3.1.2 火灾数值模拟的一般步骤36
• 3.2 FDS火灾模拟程序36-39
• 3.2.1 FDS控制方程37-38
• 3.2.2 PyroSim软件38-39
• 3.3 水平巷道胶带火灾数值模拟39-44
• 3.3.1 基本假设39
• 3.3.2 建立模型39-44
• 3.4 模拟结果分析44-56
• 3.4.1 数值模拟胶带火灾的一般发展过程44-47
• 3.4.2 喷雾压力对灭火效果的影响47-49
• 3.4.3 雾滴粒径对灭火效果的影响49-52
• 3.4.4 喷雾流量对灭火效果的影响52-54
• 3.4.5 火源与喷嘴横向距离对灭火效果的影响54-56
• 第四章 细水雾防治胶带火灾效果的实验研究56-76
• 4.1 实验装置和原理56-57
• 4.2 选择确定测定参数57-59
• 4.2.1 细水雾特性参数57-58
• 4.2.2 实验中所选定的决定因素58-59
• 4.3 实验测量方法59-60
• 4.3.1 液滴粒径的测定和计算方法59
• 4.3.2 流量设定和灭火时间的测量方法59-60
• 4.4 实验设计与结果分析60-76
• 4.4.1 液滴粒径分析60-64
• 4.4.2 雾化锥角分析64-65
• 4.4.3 灭火时间测量分析65-71
• 4.4.4 细水雾对巷道内有害气体及烟气的抑制影响分析71-76
• 第五章 结论与展望76-78
• 5.1 主要研究工作及结论76-77
• 5.2 不足与展望77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士期间发表论文83

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  本文关键词：细水雾防治胶带火灾的数值模拟和实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：358529