瓦斯爆炸传播规律数值模拟研究

发布时间：2017-05-21 19:28

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【摘要】： 瓦斯爆炸是煤炭生产过程中造成重大伤亡事故的最严重灾害,瓦斯爆炸已成为制约煤炭安全生产的瓶颈。本文利用自行设计的燃烧爆炸方形管道,对不同瓦斯量和浓度等因素对瓦斯爆炸传播过程影响传播规律进行实验研究;在实验与理论分析基础上,建立合适的物理和数学模型,采用流体动力学软件Fluent对管道内瓦斯爆炸过程进行数值模拟模拟;结合煤矿井下环境,以简化的巷道拐弯、分岔及截面突变等为例,采用数值模拟手段分析了复杂巷道系统对瓦斯爆炸传播过程的影响。研究分析表明,以管道(或巷道)实验为基础,采用数值模拟手段作为补充,可以较好的反映瓦斯爆炸的传播特征。研究结果对当前煤矿瓦斯爆炸传播过程分析及瓦斯爆炸事故预防和后果分析有一定的指导作用。
【关键词】：瓦斯爆炸 实验研究 数值模拟 复杂巷道
【学位授予单位】：中国矿业大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TD712.7
【目录】：

• 摘要4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 选题背景和研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 实验研究9-11
• 1.2.2 瓦斯爆炸火焰及冲击波数值模拟研究现状11-14
• 1.2.3 当前瓦斯爆炸研究的不足14
• 1.3 本文研究内容与技术路线14-16
• 1.3.1 本文研究目的14
• 1.3.2 研究内容14
• 1.3.3 研究方法与技术路线14-16
• 2 瓦斯爆炸传播过程理论分析16-27
• 2.1 瓦斯爆炸化学反应机理16-19
• 2.1.1 瓦斯爆炸反应简单描述16
• 2.1.2 点火能量对瓦斯爆炸的影响16-17
• 2.1.3 反应详细机理分析17-19
• 2.2 瓦斯爆炸火焰及冲击波传播过程分析19-24
• 2.2.1 瓦斯爆炸传播理论分析19-20
• 2.2.2 瓦斯爆炸波的数学方程描述20-23
• 2.2.3 火焰波与冲击波的相互作用23-24
• 2.3 瓦斯爆炸破坏效应分析24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 管道内瓦斯爆炸实验研究27-40
• 3.1 实验系统27-28
• 3.1.1 实验管道27-28
• 3.1.2 实验用仪器设备28
• 3.2 实验气体28-29
• 3.3 实验方案29
• 3.4 实验结果分析29-39
• 3.4.1 火焰传播特征29-32
• 3.4.2 爆炸压力波结构分析32-35
• 3.4.3 前驱冲击波传播数据及规律分析35-37
• 3.4.4 管道最大超压分布规律37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 瓦斯爆炸数学物理模型的建立40-48
• 4.1 物理模型40
• 4.2 数学模型40-46
• 4.2.1 基本假设40
• 4.2.2 均相湍流燃烧的时均方程组40-42
• 4.2.3 湍流模型42-43
• 4.2.4 容积反应43-44
• 4.2.5 燃烧模型44
• 4.2.6 壁面函数44-46
• 4.3 数值方法46-47
• 4.3.1 有限容积法46
• 4.3.2 分离解法46
• 4.3.3 SIMPLEC算法46-47
• 4.3.4 反应流中的稳定性和收敛47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 管道内瓦斯爆炸数值模拟分析48-60
• 5.1 网格划分及初始条件设置48-50
• 5.1.1 边界及流场初始条件48
• 5.1.2 点火初始条件48-49
• 5.1.3 网格划分49-50
• 5.2 数值模拟结果50-57
• 5.2.1 全管道充满瓦斯气体爆炸数值模拟50-51
• 5.2.2 管道局部填充瓦斯气体爆炸数值模拟51-55
• 5.2.3 爆炸火焰发展及传播过程55-57
• 5.3 障碍物对爆炸火焰流场影响分析57-59
• 5.3.1 障碍物数量对瓦斯爆炸火焰传播的影响57-58
• 5.3.2 障碍物位置对瓦斯爆炸火焰传播的影响58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 6 煤矿井下巷道条件对瓦斯爆炸传播影响分析60-81
• 6.1 巷道拐弯和分岔对瓦斯爆炸传播影响60-72
• 6.1.1 巷道拐弯对瓦斯爆炸传播影响数值模拟分析60-67
• 6.1.2 巷道分岔对瓦斯爆炸传播影响数值模拟分析67-72
• 6.2 巷道截面突变对瓦斯爆炸传播影响72-80
• 6.2.1 物理模型建立72
• 6.2.2 数值模拟结果分析72-80
• 6.3 本章小结80-81
• 7 结论与展望81-83
• 7.1 主要工作与结论81-82
• 7.2 不足与展望82-83
• 参考文献83-86
• 致谢86-87
• 在学期间发表的学术论文87
• 在学期间参加科研项目87
• 主要获奖87

【引证文献】

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本文编号：384628