障碍物对甲烷—煤粉爆炸强度影响的实验研究

摘要

近些年来我国煤炭行业矿井瓦斯煤尘爆炸事故频繁发生。而几乎所有的爆炸情况下都存在设备、机械等大量的障碍物，正是这些障碍物的存在，增大了爆炸的威力，造成了更大的损失。要防止煤尘与可燃气体混合物的爆炸，首先要确定煤尘和燃气混合物的爆炸威力和特性，而目前对于含杂混合物煤尘爆炸，尤其是障碍物对瓦斯一煤尘混合物爆炸影响的研究还比较少。本文针对有障碍物存在条件下甲烷一煤粉混合物的爆炸特性进行了实验研究。本次研究的主要工作和结论如下： (1)根据标准设计了一套可抽式障碍物粉尘.燃气爆炸实验装置系统，实现了对煤尘、甲烷、障碍物参数的控制和对爆炸压力波、最大爆炸压力、最大压力上升速率以及爆炸时间等粉尘爆炸特性参数的实验测试。 (2)障碍物对煤尘.甲烷爆炸具有显著的加速效果，与没有障碍物相比，有障碍物存在时，爆炸时间从70ms减少到约20ms；压力波在管道中传播的加速机理，主要应归因于障碍物诱导的湍流对燃烧过程的正反馈。 (3)研究了障碍物结构、障碍物位置、障碍物数目、障碍物阻塞比对最大爆炸压力，最大压力上升速率以及爆炸时间在管道中的变化情况的影响。从研究的六种不同形状的障碍物来看，正方形障碍物具有最大的爆炸增速作用，圆形障碍物的增速效果最差，三角形的增幅效果处于它们之间；当障碍物之间间距接近管径长时，管内具有最大的压力上升速率；当障碍物个数为15个时，管内出现最大爆炸压力和最大压力上升速率；当阻塞率k为0.5时，爆炸压力和压力上升速率最大。 (4)研究了甲烷一煤粉混合物组成特性对爆炸的影响。随煤粉粒径的减少，最大爆炸压力和最大压力上升速率都增加；随着煤粉浓度的增加，最大爆炸压力和最大压力上升速率先增加后减少，并在500g/m3时它们都达到最大值；随着甲烷浓度的增加，最大爆炸压力和最大压力上升速率都先增加后减少，在甲烷体积分数约为6-7％时，管内出现最大爆炸压力和最大压力上升速率的最大值。本文的创新点： (1)对管道内存在障碍物时甲烷.煤粉混合物的爆炸特性进行研究，获得了障碍物形状、尺寸、数量等对爆炸特性的影响规律。即从研究的六种不同形状的障碍物来看，正方形障碍物具有最大的爆炸增速作用，圆形障碍物的增速效果最差，三角形的增幅效果处于它们之间；当障碍物之间间距接近管径长时，管内具有最大的压力上升速率；当障碍物个数为15个时，管内出现最大爆炸压力和最大压力上升速率；当阻塞率k为0.5时，爆炸压力和压力上升速率最大。 (2)煤尘.甲烷混合物爆炸实验结果表明，煤尘粒径越小，爆炸威力越大；煤尘浓度为500g/m3、甲烷浓度为6.7％时，爆炸威力最大。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1文献综述

1.1气体爆炸

1.1.1爆炸的定义和分类

1.1.2气体爆炸的条件、特征和影响因素

1.1.3气体爆炸的基本参数

1.1.4气体爆炸过程中燃烧与流动的正反馈关系

1.1.5气体爆炸的机理

1.1.6气体爆炸的实验研究

1.2粉尘爆炸

1.2.1粉尘爆炸的定义和条件

1.2.2粉尘爆炸机理

1.2.3粉尘爆炸特征

1.2.4粉尘爆炸的影响因素

1.2.5粉尘爆炸的参数

1.2.6粉尘爆炸强度及分级方法

1.2.7粉尘爆炸的研究发展

1.3含杂混合物粉尘爆炸

1.3.1含杂混合物粉尘爆炸的定义

1.3.2含杂混合物粉尘爆炸的研究现状

1.3.3本文所研究的内容

2实验装置、工况和步骤

2.1实验装置

2.1.1设置可抽式障碍物爆炸装置系统的依据

2.1.2可抽式障碍物爆炸装置系统的组成

2.1.3可抽式障碍物爆炸装置系统的功能

2.2实验工况

2.2.1实验用煤

2.2.2实验所用气体

2.3实验步骤

2.4本章小结

3障碍物对密闭管内甲烷—煤粉混合物爆炸的影响

3.1有、无障碍物时管内爆炸压力波的变化

3.2障碍物形状对管内爆炸压力波和最大爆炸压力上升速率的影响

3.3障碍物个数与障碍物间距对最大压力上升速率的影响

3.4阻塞率(K)对管内最大压力上升速率的影响

3.5本章小结

4甲烷—煤粉混合物组成性质对爆炸的影响

4.1煤粉粒径对最大爆炸压力和最大压力上升速率的影响

4.2煤粉浓度对最大爆炸压力和最大压力上升速率的影响

4.3甲烷浓度对爆炸压力和最大压力上升速率的影响

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢