多孔性材料对瓦斯爆炸抑制特性的数值模拟

摘要

我国大部分煤矿属于伴随有瓦斯涌出的井工矿井。瓦斯涌出量因井下开采深度增加而变大，容易发生瓦斯爆炸事故，造成严重后果。在抑制瓦斯爆炸方面，目前传统的阻隔爆设施，如岩粉棚、水棚等不能达到很好的抑爆效果。因此，探求新型抑爆方法或手段就很有必要。随着时代的发展，人类在多孔材料抑制气体爆炸方面进行了较多的研究。多孔材料在军事和民用工程防护领域得到应用。本文针对硅酸铝棉对管道内瓦斯爆炸抑爆效果进行数值模拟和理论研究。
　　基于瓦斯爆炸简化的47步反应机理，利用Fluent软件分别对充满质量浓度为0.053kg/m3的甲烷-空气的空管道、放置有障碍物的管道和铺设有多孔材料的管道进行模拟，得到了硅酸铝棉对瓦斯爆炸过程中火焰传播速度和爆炸压力波的影响。通过对比三种不同内壁结构的管道内瓦斯爆炸结果，得出多孔材料对火焰传播速度和爆炸压力具有抑制作用。对比分析不同长度和厚度的多孔材料对管道内瓦斯爆炸的影响，研究表明:多孔材料厚度为固定值时，火焰传播速度随着硅酸铝棉长度的增加呈现先减小后增大的现象，而瓦斯爆炸压力波随着多孔材料长度的增加呈现先增大后减小的现象;硅酸铝棉长度为固定值时，火焰传播速度整体随着多孔材料的厚度增加整体呈现增大趋势，瓦斯爆炸压力波整体随着多孔材料的厚度增加整体呈现减小趋势。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的背景

1．2 目前瓦斯爆炸控制技术存在的问题

1．3 国内外研究现状

1．3．1 抑制爆炸压力波的研究

1．3．2 火焰熄灭机理研究

1．4 论文研究的主要内容和意义

1．4．1 论文研究的主要内容

1．4．2 论文研究的意义和技术路线

1．5 本章小结

2 数学模型及控制方法

2．1 数值模拟

2．1．1 数值方法简介

2．1．2 CFD商用软件

2．2 Fluent简介

2．2．1 FLUENT的应用领域

2．2．2 FLUENT软件的组成

2．2．3 FLUENT的求解过程

2．3 控制方程

2．3．1 基本控制方程

2．3．2 湍流模型

2．3．3 燃烧模型

2．3．4 壁面函数

2．4 数值方法

2．4．1 离散格式

2．4．2 计算方法

2．5 本章小结

3 多孔介质研究综述

3．1 多孔介质结构

3．1．1 硅酸铝棉概述

3．1．2 硅酸铝棉分类

3．1．3 硅酸铝棉性能

3．2 多孔材料的物理特性

3．2．1 孔隙率

3．2．2 渗透率

3．2．3 比表面积

3．3 Fluent中多孔介质模型的实现

3．4 物理模型与边界条件

3．4．1 物理模型

3．4．2 边界条件

3．5 模拟有效性验证

3．6 本章小结

4 不同内壁结构对火焰速度及压力波抑制作用的研究

4．1 几何模型

4．2 不同内壁结构对火焰传播速度的影响

4．3 不同内壁结构对压力波的影响

4．4 本章小结

5 多孔材料不同物性参数对瓦斯爆炸的影响

5．1．1 长度变化对瓦斯爆炸火焰传播速度的影响

5．1．2 长度变化对瓦斯爆炸压力的影响

5．2 多孔材料厚度变化对瓦斯-空气预混爆炸的影响

5．2．1 厚度变化对瓦斯爆炸火焰传播速度的影响

5．2．2 厚度变化对瓦斯爆炸压力的影响

5．3 本章小结

结论

展望

参考文献

作者简历

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