瓦斯抽采管路内的爆炸流场模拟研究

发布时间：2017-09-29 20:09

  本文关键词：瓦斯抽采管路内的爆炸流场模拟研究

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【摘要】：瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的根本措施，将煤矿开采过程中产生的瓦斯及时抽走可大大降低瓦斯爆炸和窒息事故的发生率。我国瓦斯抽采方式大多使用煤层泄压的方法，，易导致抽取管路中瓦斯浓度较低，约在8%～12%之间，正好处于爆炸极限范围内。 本文以国内某煤矿实际抽采的一段水平弯管为研究对象，考察了弯管内一旦发生爆炸后，管内的温度、压力、速度、反应速率等的分布和传播特征，并对比分析了管路结构以及管径大小对爆炸流场的影响。 对于弯管内的爆炸过程，管路的连续拐弯导致气体湍动能和动能耗散率增大，进而反应速率加快，弯管内气体燃烧完成的时间要比直径和长度相同的直管内反应时间短7.4%；弯管内爆炸气体的温度、压力、速度、反应速率均以一定加速度向前发展，到达管口后温度高达2947K，气体相对压力达24.4MPa，气体流速为801m/s、反应速率为3.97kmol/m3·s。 直管内的燃烧火焰面自始至终呈现“”形状，在80ms时刻，管内存在十分明显的速度波、温度波、反应速率波和压力波。其中速度波最超前，其次是压力波和反应速率波，最后是温度波。管径大小对直管内燃烧流场具有一定影响，随着管径的增大，燃烧气体的温度逐渐减小，管内气体最高瞬时速度和最大相对压力呈现先增大后减小的趋势。 两种型式管路中反应速率均为先缓慢上升再加速上升的过程，在缓慢上升阶段差别不大，但在加速上升阶段，弯管内反应速率的加速度较大。从管道内气体燃烧的整个过程来看，在两种型式管道内出现的最高温度和最高反应速率几乎相同，直管内的最高相对压力和最高气体流速要显著高于弯管34.1%和13.4%。 本研究对瓦斯抽采管路的设计、布置以及发生爆炸后的处理与防护措施具有重要理论意义和实际价值。
【关键词】：水平弯管 爆炸流场 火焰面 反应速率 速度波 压力波
【学位授予单位】：辽宁石油化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.7
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 文献综述10-20
• 1.1 瓦斯的性质及其危害10-11
• 1.2 瓦斯抽采技术的发展状况11-12
• 1.3 煤矿瓦斯运移及爆炸研究进展12-17
• 1.3.1 瓦斯燃烧反应机理研究现状12-14
• 1.3.2 瓦斯运移过程数值模拟研究进展14-15
• 1.3.3 瓦斯爆炸过程模拟研究进展15-17
• 1.4 问题的提出17-18
• 1.5 流体动力学的相关介绍18-19
• 1.5.1 计算流体动力学的相关介绍18
• 1.5.2 Fluent 软件的简介18-19
• 1.6 本文主要研究内容19-20
• 2 瓦斯混合气体爆炸传播数学模型20-27
• 2.1 合理假设20
• 2.2 可压缩气体流动数学模型20-22
• 2.3 气体组分传输的计算22
• 2.4 反应速率模型22-23
• 2.4.1 有限速率模型22-23
• 2.4.2 涡耗散模型23
• 2.5 物理模型及网格划分23-24
• 2.6 计算条件24-26
• 2.6.1 初始混合气体组成24
• 2.6.2 点火条件24-25
• 2.6.3 混合气体热容计算方法25
• 2.6.4 边界条件25-26
• 2.7 本章小结26-27
• 3 水平弯管内瓦斯爆炸流场分析27-43
• 3.1 数值计算方法与过程描述27
• 3.2 计算结果的准确性验证27-29
• 3.2.1 实验装置的建立28
• 3.2.2 模拟计算数据与实验值的对比28-29
• 3.3 水平弯管内瓦斯爆炸流场分析29-42
• 3.3.1 燃烧火焰面分布特征29-32
• 3.3.2 管内燃烧温度场特征32-34
• 3.3.3 管内压力场特征34-37
• 3.3.4 管内速度场特征37-40
• 3.3.5 管内组分浓度分布特征40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 水平直管内瓦斯爆炸流场分析43-56
• 4.1 水平直管内瓦斯爆炸流场特点43-48
• 4.1.1 水平直管内温度特点44-45
• 4.1.2 水平直管内反应速率特点45-46
• 4.1.3 水平直管内相对压力特点46-47
• 4.1.4 水平直管内气体流速特点47-48
• 4.2 管道直径对爆炸流场的影响48-51
• 4.2.1 管径对燃烧完成时间的影响48-49
• 4.2.2 管径对温度的影响49
• 4.2.3 管径对气体速度的影响49-50
• 4.2.4 管径对压力的影响50-51
• 4.3 水平直管和弯管内爆炸流场的对比51-55
• 4.3.1 爆炸流场主要参数对比51-52
• 4.3.2 压力对比52-53
• 4.3.3 温度对比53
• 4.3.4 反应速率对比53-54
• 4.3.5 速度对比54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 结论56-58
• 参考文献58-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间发表的学术论文目录66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宫广东;刘庆明;白春华;;管道中瓦斯爆炸特性的数值模拟[J];兵工学报;2010年S1期

2 郑有山;王成;;变截面管道对瓦斯爆炸特性影响的数值模拟[J];北京理工大学学报;2009年11期

3 李小东;白春华;刘庆明;;Effects of Obstacles on Flame Propagation Behavior and Explosion Overpressure Development During Gas Explosions in a Large Closed Tube[J];Journal of Beijing Institute of Technology;2007年04期

4 张玉周;姚斌;何宏舟;叶军君;;瓦斯爆炸冲击波传播规律及破坏效应的计算机模拟[J];能源与环境;2008年01期

5 孙广义,刘永立;煤矿瓦斯爆炸参数的突变与混沌研究[J];辽宁工程技术大学学报;2003年01期

6 徐明智;李希建;;煤层瓦斯抽放半径及其影响因素的数值模拟[J];工业安全与环保;2012年12期

7 徐钧;戚良锋;;Y型通风采空区瓦斯流场数值模拟研究[J];安徽理工大学学报(自然科学版);2010年03期

8 王刚;邵昊;;采场瓦斯运移规律仿真模拟研究[J];矿业工程研究;2012年01期

9 陈成;胡双启;谭迎新;;螺旋形障碍物对瓦斯爆炸影响的研究[J];中国安全生产科学技术;2012年06期

10 ;Analysis of the dialectical relation between top coal caving and coal-gas outbtu rst[J];Journal of Coal Science & Engineering(China);2009年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 董丁稳;基于安全监控系统实测数据的瓦斯浓度预测预警研究[D];西安科技大学;2012年

本文编号：943970