管道内置障条件下瓦斯爆炸火焰传播规律的研究

发布时间：2017-09-13 05:47

  本文关键词：管道内置障条件下瓦斯爆炸火焰传播规律的研究

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【摘要】：瓦斯爆炸是煤矿井下最严重的事故灾害之一，煤矿瓦斯爆炸事故给人民的生命和财产造成了严重的损失。近几年，由于能源消耗的增加，煤炭需求量大幅度提高，瓦斯爆炸事故死亡人数占煤矿事故死亡人数的比例逐年升高，重特大瓦斯爆炸事故频繁发生。因此，预防和控制瓦斯爆炸事故是煤矿安全生产工作中亟待解决的重大问题。本文利用水平长直管道系统研究了置障条件下瓦斯爆炸火焰传播规律，希望为预防和治理煤矿瓦斯事故提供理论依据，主要研究工作如下： （1）建立了大规模水平爆炸管道实验系统，系统主要由管道系统、数据采集系统、高速摄影系统、点火系统和抽真空系统组成；设计外触发装置，保证点火系统、高速摄影系统和数据采集系统能够同时被触发。 （2）比较了有无障碍物条件下瓦斯爆炸火焰的传播过程，发现障碍物可以极大地提高火焰传播速度，使火焰加速到上百米每秒甚至发生爆燃转爆轰。研究了障碍物的数量、间距、阻塞比和形状对瓦斯爆炸火焰速度的影响。结果表明，障碍物数量的增多增加了对火焰的扰动，使火焰速度呈现出增加的趋势；障碍物间距越大，火焰传播速度越快，较小间距的障碍物不利于火焰的加速；瓦斯浓度为8%时，半圆形障碍物火焰传播速度最快，其它形状障碍物下火焰传播速度较低；瓦斯浓度为10%时，四孔圆环和挡板障碍物工况下火焰传播速度最小，其它形状障碍物工况下火焰传播趋势相似；障碍物阻塞比越大，未燃气体和激波的相互作用越强，越有利于火焰加速，但火焰在障碍物处的能量损失会随着阻塞比的增加而增大，不利于火焰的传播，因此火焰最终的加速效果是由这两个竞争机制共同决定的。 （3）研究了密闭管道中瓦斯爆炸超压分布规律。实验测得的瓦斯爆炸超压一般小于1MPa，激波在传播过程中，一部分能量通过管壁散失到外界，一部分能量传给未燃气体，导致了激波能量下降，爆炸超压随距离呈现下降趋势。激波越过障碍物后受到火焰的影响较小，在不同工况下爆炸超压呈现出相似的分布规律。 （4）对密闭管道中火焰传播呈现出复杂的运动过程进行了实验研究，发现了火焰传播的多次振荡、不同加速终态和不同工况下熄灭位置不同等特征。火焰越过障碍物后以湍流形式向前传播，火焰加速诱导产生的激波受到固壁作用在管道中往复运动，未燃气体在激波的作用下会改变运动的方向，，因此火焰也会随着未燃气体的流动而改变传播方向，进而发生振荡传播的现象。 （5）基于Matlab软件，用平均火焰边界法和最大相似系数法对瓦斯爆炸火焰图像进行处理，得到了视窗处的火焰传播速度。图像处理得到的火焰速度与实验测得的火焰速度吻合较好，最大相似系数法求得的视窗处火焰速度验证了火焰复杂传播过程的现象。
【关键词】：瓦斯爆炸 障碍物 火焰速度 爆炸超压 图像处理
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 选题背景和研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 火焰加速机理12-15
• 1.2.2 置障条件下火焰传播规律研究15-18
• 1.3 本文主要研究工作18-20
• 第2章 实验装置和实验方法20-29
• 2.1 实验系统20-25
• 2.1.1 管道系统20-21
• 2.1.2 数据采集系统21-23
• 2.1.3 高速摄影系统23-24
• 2.1.4 点火系统24-25
• 2.2 实验步骤25-26
• 2.3 传感器分布26-29
• 第3章 障碍物对火焰传播过程的影响研究29-59
• 3.1 障碍物对火焰传播速度的影响29-43
• 3.1.1 障碍物的数量30-32
• 3.1.2 障碍物的间距32-34
• 3.1.3 障碍物的阻塞比34-38
• 3.1.4 障碍物的形状38-43
• 3.2 瓦斯爆炸超压研究43-48
• 3.2.1 障碍物间距对瓦斯爆炸超压的影响44-46
• 3.2.2 障碍物形状对瓦斯爆炸超压的影响46-48
• 3.3 火焰复杂传播过程研究48-57
• 3.3.1 火焰多次振荡后在管道末端熄灭49-51
• 3.3.2 反射波对火焰传播的影响51-53
• 3.3.3 火焰加速到爆轰后发生二次回传53-55
• 3.3.4 火焰多次振荡后在管道前端熄灭55-57
• 3.4 本章小结57-59
• 第4章 瓦斯爆炸火焰传播图像研究59-75
• 4.1 火焰传播的高速摄影图像分析59-62
• 4.2 平均火焰面法计算火焰速度62-64
• 4.2.1 火焰图像的预处理62-63
• 4.2.2 火焰区域的提取63-64
• 4.2.3 火焰边界的提取和火焰边界的平均化64
• 4.3 最大相似系数法计算火焰速度64-69
• 4.3.1 计算原理65-66
• 4.3.2 最大相似系数法计算结果66-69
• 4.4 两种计算方法比较69-74
• 4.5 本章小结74-75
• 第5章 结论和展望75-77
• 5.1 主要研究工作及结论75-76
• 5.2 展望76-77
• 参考文献77-83
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单83-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：841889