复杂管道内瓦斯爆炸冲击波、火焰及有毒气体传播规律研究

发布时间：2018-03-25 17:46

  本文选题：瓦斯爆炸　切入点：传播特性　出处：《河南理工大学》2015年博士论文

【摘要】：随着煤矿开采深度的不断增加,煤层中的瓦斯含量和压力以及瓦斯涌出量越来越大,随之而来的瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出问题将越来越严重。矿井瓦斯爆炸事故是煤矿灾害中危害最严重的灾害之一,而我国是世界上发生瓦斯爆炸事故最严重的国家之一。本文针对复杂网络巷道受限空间条件下瓦斯爆炸冲击波、火焰波、有毒有害气体的传播规律问题进行研究,为预防和控制煤矿井下瓦斯爆炸事故提供理论基础和实验依据,对争取最佳的救灾决策时机、控制灾后的事故范围以及减少人员伤亡和财产损失都有十分重要的作用。本文主要采用实验研究和数值模拟对比分析的研究方法,对一般空气区瓦斯爆炸冲击波、火焰、有毒有害气体的传播规律展开研究。数值模拟结果和实验结果吻合,验证了数值模拟结果的可靠性。通过实验研究和数值模拟对比分析研究瓦斯爆炸冲击波在管道单向分叉情况下的传播规律,分析管道分叉角度对直管和支管内冲击波衰减系数及分流系数的影响。同等条件下,初始压力越大,直线管道衰减系数K1和支线管道衰减系数K2越大。冲击波衰减系数在管道分叉、管道拐弯、直管道情况下随初始压力的增大而增大的特性是一样的。支线管道衰减系数K2变大时直线管道衰减系数K1变小,体现了支线和直线管道内冲击波的分流作用,支线管道的分叉角度越大,对直线管道的分流作用越小,二者之间相互影响。冲击波在管道分叉情况下支线管道内的衰减比直线管道内大。通过实验研究和数值模拟对比分析研究瓦斯爆炸火焰波在管道内的传播规律,得出了火焰波传播速度与压力的关系式。通过实验研究和数值模拟对比分析研究瓦斯爆炸产生的CO随风流在管道内的传播规律,分析参与爆炸瓦斯量对有毒有害气体在管道内浓度分布的影响。在风流作用下CO在管道内扩散的过程中浓度峰值逐步降低,并且CO浓度在管道内的分布基本呈正态分布。随着时间的推移,CO浓度正态分布曲线在管道内向离爆源远的地点传播扩散,正态分布曲线的CO浓度峰值越来越小,呈衰减趋势。
[Abstract]:With the increasing of coal mining depth, the gas content and pressure in coal seam and the amount of gas emission are increasing. The following gas explosion and coal and gas outburst problems will become more and more serious. Mine gas explosion accident is one of the most serious disasters in coal mine disasters. However, China is one of the most serious gas explosion accidents in the world. In this paper, the propagation law of gas explosion shock wave, flame wave and poisonous and harmful gas under the restricted space condition of complex network roadway is studied. In order to prevent and control the underground gas explosion accident, provide the theoretical and experimental basis, for the best time for disaster relief decision-making, It is very important to control the scope of the accident after the disaster and to reduce the casualties and property losses. In this paper, the methods of experimental study and numerical simulation and contrast analysis are used to study the blast wave and flame of gas explosion in general air area. The propagation law of toxic and harmful gases is studied. The numerical simulation results are in agreement with the experimental results. The reliability of the numerical simulation results is verified, and the propagation law of the gas explosion shock wave in the case of unidirectional bifurcation of the pipeline is studied through the experimental study and the comparative analysis of the numerical simulation. The influence of the bifurcation angle on the attenuation coefficient and shunt coefficient of shock wave in straight pipe and branch pipe is analyzed. The higher the initial pressure is under the same conditions, The attenuation coefficient K1 of linear pipeline and K2 of branch pipeline are larger. The attenuation coefficient of shock wave is at the bifurcation of pipeline and the bend of pipeline. When the attenuation coefficient K _ 2 of the branch pipeline becomes larger, the attenuation coefficient K _ 1 of the straight pipeline becomes smaller, which reflects the shunt effect of the shock wave in the branch line and the straight pipeline. The greater the bifurcation angle of the branch pipeline, the smaller the shunt effect on the straight pipeline. The attenuation of shock wave in the branch pipeline is greater than that in the straight line pipeline under the condition of bifurcation. The propagation law of the flame wave of gas explosion in the pipeline is studied by means of experimental study and numerical simulation. The relationship between the velocity of flame wave propagation and the pressure is obtained. By means of experimental study and numerical simulation, the propagation law of CO with the wind flow from gas explosion in pipeline is studied. The effect of explosion gas quantity on the concentration distribution of toxic and harmful gases in pipeline is analyzed. The peak value of CO concentration decreases gradually during the diffusion of CO in the pipeline under the action of air flow. And the distribution of CO concentration in the pipeline is normal distribution basically, and the normal distribution curve of CO concentration propagates in the far place away from the detonation source with the passage of time, and the peak value of CO concentration in the normal distribution curve becomes smaller and smaller, showing a tendency of attenuation.
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.7

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本文编号：1664223