掘进巷道瓦斯爆炸传播动力及破坏规律的数值研究

发布时间：2017-05-26 04:04

  本文关键词：掘进巷道瓦斯爆炸传播动力及破坏规律的数值研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：对煤矿井下巷道截面变化处瓦斯爆炸波的传播规律进行研究，有利于预防、抑制瓦斯爆炸事故发生，对确定爆炸后救灾决策和防灾减灾工作具有重大意义。本论文运用爆炸力学、气体动力学等相关理论对煤矿巷道瓦斯爆炸波的传播规律进行理论分析研究。在理论分析的基础上，通过数值模拟结果和前人实验结果对比验证，确定了数值模拟的物理数学模型。最后对巷道截面渐缩与突然缩小、巷道截面渐扩与突然扩大、直巷道内单爆源和双爆源以及直巷道内单侧存在障碍物和双侧存在障碍物四种情况进行了数值模拟，然后模拟了工程实例爆炸波传播规律进行了数值分析。数值模拟结果表明，瓦斯爆炸波在截面发生变化的巷道内的传播规律确实有异于一般的平直巷道，并且随着截面积变化程度的不同，爆炸波传播规律也随之变化。 本文研究结果显示，数值模拟的结果对分析爆炸的传播规律有一定贡献，若结合理论分析、实验验证及数值模拟的结果则对制定合理的预防策略具有重大意义。
【关键词】：瓦斯爆炸 截面变化 验证 传播规律 数值模拟
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题的提出背景及意义10-14
• 1.1.1 问题的提出10-12
• 1.1.2 我国煤矿安全生产现状12-13
• 1.1.3 研究瓦斯爆炸传播特征的目的及意义13-14
• 1.2 相关课题研究内容的历史回顾14-17
• 1.3 目前研究进展存在的问题17-18
• 1.4 课题研究的主要内容及路线方法18-20
• 1.4.1 主要的研究内容18-19
• 1.4.2 主要的研究方法及技术路线19-20
• 1.5 本章小结20-21
• 第2章 瓦斯爆炸传播机理及破坏特性的理论分析21-35
• 2.1 矿井瓦斯爆炸事故伤亡的原因分析21-22
• 2.1.1 爆炸的原因分析21
• 2.1.2 爆炸的伤亡原因分析21-22
• 2.2 矿井瓦斯的赋存状态与爆炸的关系22-23
• 2.2.1 煤层中瓦斯赋存22-23
• 2.2.2 赋存状态与爆炸的关系23
• 2.3 瓦斯爆炸的反应机理分析23-25
• 2.3.1 瓦斯爆炸条件及方程的分析23-25
• 2.3.2 瓦斯爆炸过程的氧化机理分析25
• 2.4 瓦斯爆炸冲击波破坏效应分析25-34
• 2.4.1 爆炸产生的毒害气体的蔓延规律分析25-28
• 2.4.2 爆炸产生的高温高压气体的传播规律分析28-30
• 2.4.3 瓦斯爆炸对风流紊乱的影响分析30-31
• 2.4.4 瓦斯爆炸的破坏效应总结31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 瓦斯爆炸冲击波传播的动力学特征分析35-48
• 3.1 巷道内瓦斯爆炸传播的动力特征35-36
• 3.2 气体爆炸的理论模型36-38
• 3.2.1 等温爆炸模型37
• 3.2.2 绝热爆炸模型37-38
• 3.2.3 一般模型38
• 3.3 巷道内瓦斯爆炸冲击波传播38-47
• 3.3.1 冲击波的概念38-40
• 3.3.2 瓦斯爆炸冲击波传播的基本方程40-44
• 3.3.3 二维情形下的冲击波传播44-45
• 3.3.4 瓦斯爆炸冲击波与火焰波的相互作用45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 管状空间内瓦斯爆炸传播动力的数值模拟研究48-73
• 4.1 Fluent 模拟的步骤48-53
• 4.1.1 建模与分网49
• 4.1.2 基本假设49-50
• 4.1.3 控制方程50
• 4.1.4 湍流模型50-51
• 4.1.5 壁面函数51
• 4.1.6 有限容积法51-52
• 4.1.7 基本方程离散化52
• 4.1.8 爆炸反应流的稳定性及收敛过程52
• 4.1.9 流场初始化及点火初始条件52-53
• 4.2 数值模拟的可靠性验证53-57
• 4.2.1 实验系统及结果简介53-54
• 4.2.2 数值模拟结果54-56
• 4.2.3 对比分析56-57
• 4.3 截面突然缩小巷道与渐缩巷道的数值模拟57-62
• 4.3.1 几何模型的建立57-58
• 4.3.2 网格划分58-59
• 4.3.3 边界条件和初始条件59
• 4.3.4 数值模拟结果分析59-62
• 4.4 截面突然扩大巷道与渐扩巷道的数值模拟62-66
• 4.4.1 几何模型的建立与网格划分62-63
• 4.4.2 数值模拟结果分析63-66
• 4.5 直巷道内单爆源与双爆源瓦斯爆炸火焰传播规律的数值模拟对比66-69
• 4.5.1 几何模型的建立与网格划分66-67
• 4.5.2 数值模拟结果火焰传播规律图分析67-69
• 4.6 直巷道内单双侧分别有障碍物瓦斯爆炸的数值模拟对比69-72
• 4.6.1 几何模型的建立与网格划分69-70
• 4.6.2 数值模拟结果分析70-72
• 4.7 本章小结72-73
• 第5章 煤矿瓦斯爆炸破坏效应及其影响因素分析73-84
• 5.1 煤矿瓦斯爆炸破坏效应的实践应用73-78
• 5.1.1 矿井基本概况73-75
• 5.1.2 数值分析75-78
• 5.2 影响瓦斯爆炸产物传播的因素分析78-83
• 5.2.1 不同的点火位置79
• 5.2.2 不同甲烷浓度79-80
• 5.2.3 不同点火温度80-81
• 5.2.4 不同初始压力81-82
• 5.2.5 不同长径比82
• 5.2.6 划分时不同的网格大小82-83
• 5.3 本章小结83-84
• 结论与展望84-86
• 主要结论84-85
• 研究展望85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-91
• 作者简介91-92
• 攻读硕士期间发表的论文和科研成果92-93

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