管道中甲烷-空气预混气爆炸火焰传播的研究

摘要

针对矿井瓦斯及其它工业可燃气体爆炸灾害的现状，本文开展了管道内甲烷-空气预混气爆炸火焰传播的研究，采用实验分析和理论研究相结合的方法，较为系统的描绘了管内火焰传播的现象。 本文在长1.5m的方形透明实验管道上，采用光电传感器、压力传感器以及高速摄像等器件，建立了管内爆炸火焰传播的光信号和压力信号测试系统。实验结果表明： (1)点火端封闭另一端弱封闭的小尺寸管道中，甲烷-空气预混气体在有无障碍片时火焰传播压力分布规律基本一致：先逐渐增大至约管子中段处出现峰值压力，而后压力逐渐下降，管口处压力下降迅速。 (2)障碍片存在对火焰传播有激励作用，能显著增加火焰速度，D型障碍片下可将火焰传播速度提高一个数量级以上，最大速度可达250m·s-1；爆炸峰值压力也显著增加，D型障碍片下可达0.5Mpa。在激励作用的因素中，障碍片的阻塞比占主要，而障碍片的间距居次。 (3)当甲烷浓度在最佳浓度(约10％)附近时，火焰速度和爆炸压力最大。(4)在实验条件下，各测点的光信号到达时刻与压力信号起跳时刻基本同步，且光强时刻表现为压力值大，即燃烧剧烈时火焰传播产生的压力大，而压力的持续时间较火焰光信号持续时间长。 (5)本文管道的长径比为15，长为1.5m，此小尺寸管道中甲烷-空气混合气体，在有无障碍片下均不会导致爆轰现象。 本文通过简化处理得出了管内火焰的速度和压力的计算式，并作了相关处理实现，与实验结果吻合较好，方便了管内爆炸火焰参数的估算。同时借助于PHOENICS软件，对简单情形的爆炸火焰传播过程进行了数值计算，计算结果基本上反映了流场参数的变化趋势。 本文的研究工作对预防和控制矿井瓦斯和其它可燃气体爆炸灾害，有一定的借鉴作用，同时也加深对爆炸理论中燃烧和爆炸问题的理解，以及燃烧理论中传播火焰的认识。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

2管内可燃气体爆炸火焰的相关理论

3管道内甲烷-空气预混气爆炸火焰传播的实验研究

4管内火焰速度及压力的简化计算

5 PHOENICS软件介绍及在管内爆炸火焰传播中的应用

6结束语

7参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果