复杂多孔结构对丙烷爆炸的影响

为了揭示复杂多孔障碍物对丙烷/空气爆炸动力学参数的影响，采用小尺寸爆炸管道，运用高速摄像技术和数据采集手段，分析不同试验条件下火焰穿越复杂多孔障碍物前后的形态及管内压力变化。结果表明：受复杂多孔障碍物的影响，爆炸火焰穿过障碍物时，会触发Richtmyer Meshkov不稳定性，火焰失稳，形态复杂；随着障碍物阻塞率的增加，爆炸火焰到达障碍物所在位置的时间减小；复杂多孔障碍物对爆炸火焰有明显的激励作用，火焰传播速度随障碍物阻塞率的增加而增加；在所有试验中，火焰传播速度均在0.4～0.5 m的管段攀升至最大；障碍物阻塞率增加，管道出口端的最大爆炸压力增加，达到最大爆炸压力所需的时间增加，爆燃指数随障碍物上圆孔的间距增加而增加。     

烟煤煤样吸附特性及控制因素试验研究

为了补充我国煤炭主产区华北区域主要发育煤种烟煤的吸附特性等相关参数,通过等温吸附试验得到了不同变质程度烟煤的等温吸附曲线及吸附常数,并结合煤样变质程度、微孔隙结构和煤岩成分组成,分析了影响烟煤吸附特性的因素,确定了煤岩成分是影响此区域煤样吸附特性的主控因素。结果表明:随变质程度(Ro,max)增加,VL和pL呈现指数式的增加趋势,VL相近的煤样pL的差异表征着煤样吸附瓦斯难易程度的不同;随微孔所发育比表面积减小,VL和pL均呈现微增趋势,存在的这种弱相关性表征为Ro,max-微孔比表面积曲线与Ro,max-VL和Ro,max-pL曲线的反对称关系;煤岩成分是影响此区域烟煤吸附及储集瓦斯气体能力的主要原因,一方面随固定碳质量分数增加,VL线性增加,呈现极强的正相关性,另一方面煤样水分质量分数与VL呈弱相关性,水分的存在会抑制瓦斯气体的吸附。     

自吸过滤式呼吸器对人体呼吸模式的影响

测定了在中等（100W）和高等（155W）劳动强度下,8名受试者佩戴5种自吸过滤式呼吸器（呼吸阻力及死腔不同）从事踏车运动时的呼吸模式变化。结果表明：口腔压力波动和外呼吸功因呼吸器而显著增加;随着呼吸负荷的增加,呼气压及吸气压相应增大;在呼吸负荷较大的情况下,呼气压及吸气压的增大更加显著;随运动负荷的增加,呼吸负荷对呼吸压的影响更加明显。     

COVID-19病区医护人员的人工环境及生理指标变化规律

为了保护COVID-19病区医护人员身心健康并分类制定合理的工作标准，对医用防护套装下的人工热湿环境及影响生理指标变化规律进行了研究。首先，通过试验测定了防护服内外的热湿环境，然后测试了心率、体温、呼吸频率、血氧饱和度、收缩压、舒张压和血糖等生理指标的变化情况，探明了人体在二级医用防护套装下工作时长和劳动强度对人体生理状态的影响规律。结果表明，夏季穿戴医用防护服的人体长期处于温度高于33℃、相对湿度大于80%的高温高湿环境中，生理指标如体温、心率、呼吸频率和血糖与常规环境下有极大区别，且受劳动强度影响显著，生理指标容易达到极限值。因此，在制定医用防护服下的工作标准时，需同时考虑劳动强度和引发潜在疾病等风险，这些结论可为在COVID-19等传染隔离病区工作的医护人员的职业安全和安全预警提供依据。     

自吸过滤式呼吸器对人体主观舒适度的影响

测定了在中等（100W）和高等（155W）劳动强度下，8名受试者佩戴5种自吸过滤式呼吸器（呼吸阻力及死腔不同）从事踏车运动时的主观舒适度。结果表明：随着呼吸负荷增大，受试者的主观不适度显著增强；在中等运动负荷条件下，高温环境中人员对呼吸负荷主观不适度的反应更加明显；在高运动负荷条件下，常温环境人员对呼吸负荷主观不适度的反应更加明显。     

煤矿井下喷雾降尘影响因素的试验研究

为提高煤矿井下喷雾降尘效率和改善作业环境,研究相关影响因素与降尘效果间的关系.基于自行设计的喷雾降尘试验系统,采用粉尘质量浓度测定仪对井下常用的螺旋形压力喷嘴在不同喷雾压力、喷嘴直径、风流粉尘质量浓度及巷道风速下的降尘效果进行了系统的测定.结果表明,1)随喷雾压力增加,全尘和呼吸性粉尘的降尘效率均不断增加;但当喷雾压力增加至8 MPa后,继续提高喷雾压力,降尘效率的提高不明显.2)在相同喷雾压力下,随喷嘴直径增加,全尘降尘效率不断增加;而呼吸性粉尘降尘效率先增加后减小,在喷嘴直径为1.5 mm时达到最大值.在耗水量相同的情况下,随喷嘴直径增加,全尘和呼吸性粉尘降尘效率均下降.3)在井下喷雾降尘中,当耗水量不受限制时,为同时确保全尘和呼吸性粉尘的降尘效率,选择直径为1.5mm的喷嘴较为合适;当耗水量受限制时,宜选择直径为1.2mm的喷嘴.4)随风流粉尘质量浓度增加,全尘和呼吸性粉尘的降尘效率均有所提高.5)随巷道风速增加,全尘和呼吸性粉尘的降尘效率均呈现一定程度的下降,且巷道风速对呼吸性粉尘的影响更为明显.对于煤矿井下喷雾降尘,工作面风速对全尘降尘效率的影响并不明显,但对呼吸性粉尘降尘效率有较大的影响.     

基于解析-数值耦合法的瓦斯压力预判方法

瓦斯压力是煤层瓦斯的重要基础参数,为了掌握煤层瓦斯压力,基于煤层瓦斯连续方程进行了瓦斯压力与煤层倾斜长度解析模型的推演,针对推演出的模型结合数值拟合方法建立了一种解析-数值耦合的瓦斯压力预判方法。为便于比较该方法与一般数值拟合的差异,选择了浅埋煤层及深部煤层两个差异化样本。不同样本下,一般数值拟合方法与耦合方法预判结果显示:样本Ⅰ中不同预判方法的相关性系数均在0.9874之上,样本Ⅱ中不同的预判模型相关性系数差异较大,耦合模型相关性系数最大为0.7786;样本Ⅰ中标准差数值及不同方法间差异均较小,样本Ⅱ中标差差异较明显;一般预判方法瓦斯压力增长梯度随倾斜长度的增加逐渐变大与实际不符,耦合方法瓦斯压力随倾斜长度增长趋于稳定与实际情况一致;不同预判模型下瓦斯压力生长曲线不因样本差异而有较大的波动。综合不同样本瓦斯压力预判结果可知,浅埋煤层瓦斯压力预判可应用线性回归方法,深部煤层瓦斯压力预判应用耦合方法与实际更相符。     

高压管汇磁致伸缩导波缺陷检测模拟研究

针对高压管汇导波缺陷检测问题,基于磁致伸缩效应,借助COMSOL有限元仿真软件,建立高压管汇直管段的导波缺陷检测模型,探究导波的激励条件及缺陷检测效果,分析不同参数对缺陷附近磁感应强度分布的影响。研究结果表明:在频率为10 kHz的正弦电流信号激励下,可产生沿管道轴向传播的T（0,1）模态导波,并能辨别缺陷处的回波信号。改变缺陷的尺寸参数时,缺陷附近的磁感应强度随着缺陷深度增加呈增大趋势,随轴向宽度增加呈减小趋势,不同形状的缺陷对应的磁感应强度存在一定的差异;改变激励条件,磁感应强度均随激励电流、激励频率的增加呈不断增加趋势。     

苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘爆炸特性研究

采用MIE-D1.2型最小点火能测试装置及20 L球型粉尘爆炸测试装置,对苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘的爆炸特性进行研究。结果表明,过74μm、58μm、47μm孔径筛的粉尘对静电火花敏感,其最小点火能表征值分别为610 mJ、361 mJ、201 mJ。随粉尘质量浓度增加,最小点火能呈现先减小后增加的规律。随粉尘粒径减小,最小点火能与粉尘质量浓度变化关系曲线向低粉尘质量浓度和低点火能量方向偏移,且对应的最敏感爆炸质量浓度从500 g/m~3降至200 g/m~3。随粉尘质量浓度增加,过147μm、74μm、47μm孔径筛的苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘爆炸压力及爆炸压力上升速率呈现先增加后减小趋势。在相同粉尘质量浓度下,中位径小于74μm的苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘,粉尘的爆炸压力增幅明显减小。苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘爆炸下限质量浓度为25 g/m~3,最大爆炸指数为14.636 MPa·m/s,爆炸危险等级划分为St1。     

考虑水分影响的煤层气吸附及渗透机理

为定量分析水分含量和孔隙压力变化对煤层气渗流特征的影响,采用ASAP2020型比表面微孔分析仪进行低温液氮吸附试验,并通过等温吸附装置和三轴伺服渗流装置进行不同含水率条件下的煤岩吸附和渗流试验.在此基础上,建立考虑煤岩水分含量影响的吸附模型和煤层气渗透率模型,采用试验数据验证其合理性.结果 表明:在液氮吸附试验中,当相对压力较小时,煤岩吸附作用主要依靠范德华力;当相对压力较大时,其吸附作用则主要为毛细凝聚.在相对压力变化过程中,氮吸附量随相对压力的增大呈增大趋势,同时在相对压力较小时液氮脱附曲线与吸附曲线重合,且存在显著的吸附滞后现象.当煤岩中水分含量相同时,煤层气吸附量随孔隙压力的增大先增大后趋向于平缓,而当孔隙压力恒定时,煤层气吸附量随水分含量的增大呈减小趋势.在吸附作用的影响下,煤岩表面吸附变形量与煤层气吸附量的变化趋势一致.在水分与吸附作用综合作用下,煤岩渗透率随孔隙压力的增大呈先减小后趋于平缓的趋势.当孔隙压力恒定时,煤岩渗透率随水分含量的增大显著减小.基于吸附理论,建立考虑水分影响的煤岩吸附模型及吸附变形表达式.综合考虑水膜及其分离压的影响,进一步构建考虑煤层气吸附-水分耦合作用的煤岩渗透率模型.模型计算值与试验数据具有一致性,可较好地表征煤岩在不同含水量条件下的渗流规律.     

高温户外环境电网作业人员热应激预测评价*

为了预测分析户外高温环境下电网作业人员热安全风险,采用预测热应激（Predicted Heat Strain,PHS）模型,考虑人体基础代谢率个体差异性和人体移动与风速对服装热阻和湿阻的影响,应用改进后的预测热应激模型对多种户外高温作业环境工况和不同劳动强度下电网作业人员的核心体温、出汗量等生理参数和最大允许暴露时长进行计算分析。结果表明:在户外高温环境中,随着环境温度、相对湿度和新陈代谢率的升高,电网作业人员的核心体温也随之升高,湿热环境中风速的增加会加剧电网作业人员的热应激;当电网作业人员从事代谢率为240 W/m2高劳动强度工作时,可接受的最大工作时长相比代谢率为190 W/m2中度劳动强度工作时长减小50%以上。研究结果可为电网公司夏季户外工作组织策略制定和作业人员热安全防护提供参考支持。     

呼吸效应对矿井封闭火区氧浓度的影响分析

为避免因火区封闭导致重大安全事故发生,通过采集某矿井1 d内3个不同监测点的大气压力变化情况,建立大气压力波动模型并分析计算,同时建立火区内外压差100,750 Pa情形下的氧浓度模型进而获得火区内侧氧气浓度因呼吸效应,在不同压差、体积大小火区、风阻、瓦斯涌出量、封闭时刻等多因素耦合影响下随时间的变化规律,以评估火区危险性。研究结果表明:井下大气随地面大气周期波动,封闭火区内、外侧之间的气压差因外界大气波动呈现16 h的余弦波动和8 h的线性波动周期变化;密闭质量好的火区具有更好地抗干扰性,内侧氧浓度的降低主要依靠瓦斯稀释;密闭质量差的火区,内侧氧浓度易受到火区涌出瓦斯、外界涌入大气双重影响;火区氧浓度在2%~12%之间波动,以至火区存在发生瓦斯爆炸的可能性;火区内外压差较大时,氧浓度波动变化幅度更大,危险作用持续时间更长。结合火区氧浓度波动模型,可有效地对矿井火区采取安全的防范措施,避免瓦斯爆炸事故发生。     

复合惰气在采空区遗煤中竞争吸附的分子动力学模拟研究*

为明确作用于采空区的复合惰气的竞争吸附,进行不同温度、压力及组分下烟煤对N2、O2、CO2多元气体竞争吸附分子的模拟研究。研究结果表明:当注入压力达到3 MPa后,竞争吸附效果不再明显,为高压注入提供一定的理论基础;随着CO2分压的增大,O2吸附量降低速度逐渐平缓,初步确定最佳注入配比范围为2∶1至3∶1,为进一步结合实际工程中成本等因素确定最佳注入配比提供参考;等量吸附热受吸附条件的影响较小,仅与吸附质本身有关;随着CO2分压的增大,范德华能升高56.9%,分子内能升高78.7%,静电能升高67.2%,CO2对整个系统内的吸附作用强度及吸附量有着较大的影响;随着CO2分压增大,N2竞争吸附能力逐渐弱于O2,竞争吸附能力大小顺序为CO2>O2>N2。     

初始扰动对CO2抑制瓦斯爆炸特性研究*

为了预防实际生产过程中发生的瓦斯爆炸事故,利用20 L球形爆炸装置,通过改变粉尘仓充压压力产生不同的扰动,研究9.5%CH4浓度下不同扰动条件对CO2抑爆特性的影响。通过对所得参数进行分析,得到CO2抑爆特性与初始扰动的关系。研究结果表明:相较于均匀静置状态,初始扰动的存在均能提高CH4的爆炸强度,当引发初始扰动的粉尘仓压力为1.5 MPa时,最大爆炸压力达到0.78 MPa;随CO2浓度增大,爆炸强度整体下降,呈二次下降趋势、最大爆炸压力时间呈上升趋势,且各初始扰动压力间爆炸强度均大于均匀静置状态、最大爆炸压力时间小于均匀静置状态;同时利用CHEMKIN软件得到绝热平衡压力,计算热损失参数发现,同一气体混合比例工况下,初始扰动状态的热损失及热损失分数明显低于均匀静置状态的,且当CO2浓度为15%时,差距最大,不同初始扰动间热损失及热损失分数最小值分别为0.013 19 kJ/m2,17.9%,远小于静置状态下0.036 29 kJ/m2,46.4%,说明初始扰动对于CO2抑爆效果存在削弱作用。     

考虑岩石抗拉强度受围压影响的地层破裂压模型

预测地层破裂压力是地下流体注入工程中的关键问题,关系到工程的稳定性和安全性。根据地测资料,岩石的抗拉强度会随着围压产生变化,然而目前常见的地层破裂压预测模型均未考虑该因素。基于厚壁圆筒法,针对2种砂岩开展不同围压条件下的砂岩致裂试验,根据试验数据,计算各组试验中试样的抗拉强度,并拟合围压与岩石抗拉强度的关系函数。研究岩石抗拉强度随围压变化的规律,提出能在实际地层中表征该规律的参数,基于该参数对现有的地层破裂压模型进行修正,并结合实测数据验证修正模型的可靠性。研究结果表明:岩石的抗拉强度随着围压的增加呈现明显的线性正相关关系,低围压下,新模型的预测结果与实测数据较为接近。随着围压增加,二者的差异逐渐增大,说明选取的特征参数在低围压下能较好地描述抗拉强度受围压的影响效应,而高围压下参数的取值需进一步研究。     

基于紧凑拉伸试验的含缺陷燃气管疲劳寿命预测分析

为分析预测含缺陷燃气管道的疲劳寿命,实现燃气管道分类分级监测和维护。在理论分析含缺陷管道疲劳寿命预测模型的基础上,通过MTS电液伺服疲劳试验机测试获得同一应力比下4种不同应力强度因子的疲劳裂纹扩展速率,进而构建含缺陷燃气管道疲劳寿命的实用模型。以安徽淮南天然气二气源管道工程实际参数为例,预测分析类似条件下含缺陷燃气管道的疲劳寿命,为燃气管道监测维护与分类分级管理提供可靠依据。结果表明:管道的疲劳寿命与裂纹深度变化近似成线性关系,与内压幅值变化近似成指数为负的幂函数关系,且管道输送压力变化幅值不应超过1.5 MPa。     

煤对CO2，N2和CH4的吸附速率经验公式与异同性研究*

为了解决吸附速率拟合公式缺乏而解吸经验公式众多的问题,通过替换解吸参数、定性和对比分析各经验公式对煤吸附CO₂,N₂,CH₄吸附速率的适用性,选取4种不同煤质的煤样在0.5,1.0和2.0 MPa下进行定温吸附实验,分析压力和煤质对吸附速率的影响规律。研究结果表明:时间函数式对3种气体在不同压力和煤质下的吸附速率拟合效果最佳;压力和煤质对3种气体吸附速率的影响既存在共性又具有差异性,气体吸附速率与压力符合指数函数关系,与挥发分呈现出二次函数关系,并且压力升高会导致最低吸附速率趋向于较高变质程度煤样;CH₄和N₂的吸附速率随压力升高而升高,而CO₂的吸附速率因煤样而不同,且在同压下,不同气体的最高和最低吸附速率煤样的变质程度也不同。     

泄爆面特征参数对天然气爆炸超压峰值的影响规律

为揭示泄爆面特征参数对大尺度受限空间内天然气爆炸超压峰值结构的影响机制,基于典型房间特征,借助计算流体动力学技术研究不同泄爆面开启压力、开启时间以及泄压比等参数条件下室内天然气泄爆超压峰值结构的分布规律。研究结果表明:峰值Pb随开启压力和开启时间增加均呈线性增长趋势,而泄压比对Pb影响较小;峰值Pmfa与室内最大火焰面积有关,随开启压力、开启时间的增加和泄压比的减小,气体出流速度增大,进而产生更强的湍流,导致室内火焰面积和气体燃烧率增加,最终Pmfa增大;峰值Pext随泄压比增加呈快速降低趋势,同时开启压力和开启时间对Pext影响具有协同效应,共同促进Pext快速增加。     

受限空间环境压力对三元锂离子电池热失控影响*

为研究三元锂离子电池在空运低压环境中的安全性,通过自主设计搭建的封闭式变压实验舱开展相关实验,对不同荷电状态（SOC）下的三元锂离子电池在不同压力环境（101,80,60,40 kPa）下的热失控特性进行研究,采集电池热失控过程中的温度以及实验舱内的压力变化,并对热失控后实验舱内的气体成分进行分析。结果表明:三元锂离子电池热稳定性随着SOC的升高而下降,常压下100%SOC的电池热失控温度可达650.8 ℃,初始环境压力越低,相同SOC的电池热失控最高温度越低。随着环境压力的降低,相同SOC的电池在热失控后会生成更多CO,且电解液占比升高。研究结果可为锂离子电池空运安全性研究提供理论依据。     

含水率对构造煤煤粒瓦斯扩散的影响研究

为了研究分析不同含水率对煤粒瓦斯扩散的影响,以平煤八矿构造煤为研究对象,利用瓦斯扩散试验装置,测定不同含水率条件下煤粒瓦斯解吸量,对比分析不同扩散模型,优选适合描述含水煤粒瓦斯解吸全过程的扩散模型,进而研究不同含水率对煤粒瓦斯扩散系数的影响。研究结果表明:相同时段下,干燥煤样的累计瓦斯解吸量最大,随着含水率增加煤样的累计瓦斯解吸量越来越小,水分的增加封堵了瓦斯扩散通道,在煤微孔隙内产生一定的蒸气压增大了瓦斯扩散的阻力使得单位时间内的瓦斯解吸量不断减小;通过3种扩散模型的对比发现幂函数模型在误差大小和稳定性方面都优于其他2种模型;利用该幂函数模型对扩散系数进行计算得出4种含水率对煤粒扩散系数的影响发现,扩散系数均经历前期快速下降和后期缓慢下降2个阶段,扩散系数随含水率的增大而减小且扩散速率趋于稳定。