管道中氢—空和甲烷—空预混火焰传播与压力震荡研究

发布时间：2017-08-19 03:06

  本文关键词：管道中氢—空和甲烷—空预混火焰传播与压力震荡研究

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【摘要】：氢气作为一种有着广阔前景的新能源,开展氢气与空气预混燃烧爆炸特性的研究势在必行。瓦斯爆炸是矿井生产的重大灾害之一,近些年国内外学者对其研究并取得了一定的进展。本文对不同管道中氢气/空气预混爆炸和甲烷/空气预混爆炸进行实验研究,皆在为掌握可燃气火焰传播规律、爆炸压力变化规律和控制减小爆炸带来的危害提供理论指导。本文使用自主搭建的小型可燃气体爆炸实验平台,在长度相同截面不同的三个小型管道中进行爆炸实验,从火焰前锋形状、火焰传播速度、爆炸压力三方面研究了管道截面对爆炸特征的影响、郁金香形成机理及爆炸压力震荡原因。首先进行了氢气体积分数为20%、25%、30%、40%的氢气/空气预混爆炸实验研究。结果表明,在相同管道中不同氢气体积分数下,预混爆炸特征有着很大差别。出现郁金香火焰的工况其火焰传播速度会有下降,爆炸压力出现不同程度的正负压震荡阶段。相同氢气含量的预混气体在不同截面的管道中,预混火焰传播形状不同、传播速度变化趋势及速度值不同,管道越细越易形成郁金香火焰,且郁金香火焰出现位置越靠前。不论氢气体积分数的大小或管道的粗细,管道中的火焰传播速度与火焰传播过程的火焰形态密切相关。横截面面积适中的管道,即长径比居中的管道内平均火焰传播速度最快、爆炸压力的波峰值最大。其次进行了甲烷体积分数为8%,9%,9.5%,10%的甲烷/空气预混爆炸实验研究。相同甲烷体积分数的预混气体在不同截面管道中的爆炸火焰传播特征不同。在出现郁金香火焰的工况其火焰速度都有再次上升阶段。预混气体爆炸压力与火焰特征密切相关,管道截面尺寸对爆炸压力值有很大的影响,在管道截面适中的管道中出现了最大的火焰传播速度、最大爆炸压力。再次,将管道截面对氢气/空气预混爆炸影响和对甲烷/空气预混爆炸影响进行比较分析,表明管道截面的粗细对氢气爆炸和对甲烷爆炸的影响规律基本一致。管道截面的不同使得爆炸火焰传播过程的形状、传播速度以及爆炸压力值不同,与最细和最粗的两个管道相比,在截面适中的管道中出现火焰传播速度及压力的最大值。最后详细地研究了形成郁金香的工况下的火焰传播及压力变化规律,分析了郁金香火焰的形成规律及原因,产生负压的原因以及压力震荡的原因。本文以可燃气体/空气预混爆炸火焰动力学及压力变化的理论为基础,研究了管道截面尺寸对氢气/空气预混爆炸以及对甲烷/空气预混爆炸的影响规律,分析了郁金香火焰形成原因和压力震荡原因,对于氢能源的安全利用及对预防瓦斯爆炸理论的完善有一定的帮助。
【关键词】：可燃气爆炸 氢气 甲烷 郁金香火焰 压力
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.221
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 引言12-28
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-24
• 1.2.1 可燃气体爆炸理论研究现状14-16
• 1.2.2 瓦斯爆炸传播规律研究现状16-20
• 1.2.3 氢气爆炸传播规律研究现状20-24
• 1.3 目前研究的不足24-25
• 1.4 本文研究内容及技术路线25-28
• 1.4.1 研究内容25
• 1.4.2 技术路线25-28
• 2 实验系统28-34
• 2.1 实验系统组成28-30
• 2.1.1 管道系统28
• 2.1.2 配气系统28-29
• 2.1.3 压力与光电数据采集系统29
• 2.1.4 火焰图像采集系统29-30
• 2.1.5 点火系统30
• 2.2 实验方法及过程30-31
• 2.2.1 实验具体步骤30-31
• 2.2.2 火焰传播速度的计算31
• 2.3 实验验证31-32
• 2.4 本章小结32-34
• 3 管道截面尺寸对氢气爆炸火焰及压力的影响研究34-50
• 3.1 氢气/空气预混爆炸火焰传播及压力震荡特性研究34-40
• 3.1.1 预混火焰传播形状34-35
• 3.1.2 预混火焰传播速度35-37
• 3.1.3 爆炸压力震荡特征37-40
• 3.2 截面尺寸对爆炸火焰及压力的影响规律研究40-48
• 3.2.1 尺寸对郁金香火焰形成的影响规律40-43
• 3.2.2 不同截面尺寸下火焰传播速度特征43-46
• 3.2.3 尺寸对爆炸压力值及压力波震荡的影响规律46-48
• 3.3 本章小结48-50
• 4 管道截面尺寸对甲烷爆炸特征的影响规律研究50-60
• 4.1 尺寸对郁金香火焰的影响规律50-52
• 4.2 不同截面尺寸下火焰传播速度特征52-54
• 4.3 截面尺寸对爆炸特征的影响研究54-56
• 4.4 管道截面尺寸对氢气甲烷爆炸影响的相同与不同56-58
• 4.4.1 对预混火焰形状的影响57
• 4.4.2 对预混火焰速度的影响57-58
• 4.4.3 不同截面尺寸下预混爆炸压力规律58
• 4.5 本章小结58-60
• 5 郁金香火焰形成和压力震荡规律分析60-76
• 5.1 氢气-空气预混火焰传播过程的现象及分析60-62
• 5.2 火焰速度和压力数据反应的传播规律62-68
• 5.3 爆炸后管道中产生负压和压力周期震荡的原因68-73
• 5.4 本章小结73-76
• 6 研究结论及创新性76-78
• 6.1 研究结论76-77
• 6.2 创新点77
• 6.3 展望77-78
• 参考文献78-86
• 作者简历86-88
• 学位论文数据集88

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