基于地层条件下煤层瓦斯流动模拟研究

为了研究地层条件下瓦斯流动特点,通过建立瓦斯吸附-解吸、扩散和渗流综合流动数学模型,分析不同埋深条件下瓦斯流动机制,并模拟吸附层和滑脱效应对瓦斯流动的影响。结果表明:随煤层埋深增加,部分纳米孔隙内瓦斯流动机制由扩散过渡到渗流,这有利于瓦斯运移;在煤层深部,瓦斯吸附层和滑脱效应对瓦斯渗流作用影响不大;随埋深增加,瓦斯吸附层对瓦斯运移影响逐步增大,而滑脱效应则逐步弱化;在埋深相同时,两者对瓦斯运移的影响都随孔隙直径增大而减小。研究有助于深入了解瓦斯在深部煤层流动的机制,提高深部煤层瓦斯抽采效果。     

狭长空间内细水雾射流的数值仿真

综合可压缩流场控制方程、κ-ε湍流模型、粒子动力学模型及简化的雾滴-壁面碰撞模型,建立了狭长空间内细水雾射流的数值仿真模型。基于该模型,采用Fluent流体动力学仿真软件对4种不同粒度的细水雾射流进行了数值仿真。结果表明:粒度较大的细水雾在入射初期速度较快,且保持雾化角的能力更强;细水雾在到达壁面后形成的雾化区形态上保持准稳定,呈现出特征鲜明的雾化主流区、横流区、回流区与涡流区,整个雾化区范围向两侧匀速延伸,粒度越小的雾化区延伸速度越快;狭长空间内垂直于射流方向的气流与细水雾射流产生相互影响,气流在远离喷口的雾化区迎风处速度降低,在靠近喷口的背风处形成涡流,雾化区形态沿气流流向发生扭曲。     

CO2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性研究

为了解CO2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性，用自行搭建的实验系统，从超压、火焰传播速度和火焰结构3个方面研究了CO2-超细水雾形成的气液两相介质对9.5%瓦斯/煤尘复合体系爆炸的抑爆效果、影响因素与原因。研究结果表明:随着CO2体积分数和超细水雾质量浓度的增加，爆炸火焰最大传播速度、爆炸超压峰值均出现明显下降，火焰到达泄爆口时间显著延迟；尤其当CO2体积分数达到14%与超细水雾的共同抑爆效果凸显，瓦斯/煤尘复合体系爆炸超压的“震荡平台”消失，同时火焰结构呈现“整体孔隙化”。所得结论为煤矿井下高效防爆抑爆技术进行了完善和增强。     

泡沫-细水雾雾场特性的试验研究

为了研究泡沫-细水雾与细水雾雾场特性的差异,建立了泡沫-细水雾和细水雾雾场测定系统.利用高速摄像技术、激光器偏光技术、激光粒度分析技术分别对中压工况下的泡沫-细水雾和细水雾雾场参数进行了试验研究.结果表明,雾场形态均保持标准的圆锥状,细水雾和泡沫-细水雾雾场边缘雾化效果较好,雾化效果向中心逐渐变差.系统工作压力对泡沫-细水雾的雾化锥角影响较大,工作压力为1.0 MPa时雾化锥角为51°,工作压力为3.5 MPa时增大到80°.不同压力下细水雾的雾化锥角变化较小,约为80°.泡沫-细水雾锥体中心处的雾流密度与系统工作压力成反比,压力越高,雾场的保护半径越大,雾滴分布越均匀.1.0MPa、1.5 MPa、2.0 MPa、2.5 MPa压力下泡沫-细水雾锥体中心处的雾流密度均大于细水雾锥体中心处的雾流密度.泡沫-细水雾雾滴粒径分布呈现随距喷头垂直距离增大而增大的总体特征,由于泡沫-细水雾雾滴的发泡作用,泡沫-细水雾雾场的雾滴粒径在喷头正下方10～100 cm处均大于细水雾雾场的雾滴粒径.     

清扫车作业参数对吸尘口清洁率的影响分析

为确定清扫车作业参数对吸尘口清洁率的影响规律,针对某典型双吸式吸尘口建立计算模型,采用两相流数值模拟方法对吸尘口内流动特征进行分析,并利用线性回归方法给出清扫车作业参数与清洁率的定量关系式。结果表明,气流携带灰尘颗粒向管道入口汇集,两管道之间气流速度较小,灰尘逃逸主要发生在两管道之间位置;随流量增加,吸尘口前侧间隙静压减小,同时管道入口气流速度增大,减少了两管道之间的灰尘逃逸数量,因此清洁率增大;随车速增加,使得进入吸尘口的灰尘质量增大,清洁率减小;线性关系式表明,清扫速度与清洁率成负相关,流量与清洁率成正相关,相比于流量,清扫速度对清洁率的影响程度更显著。     

火焰羽流区细水雾利用效率及控制研究

为提高细水雾的灭火效能,研究细水雾对火焰的冷却性能。建立火焰区细水雾的运动、传热与传质模型,采用此模型全面评估影响细水雾穿透距离和汽化性能的因素,提出一种合理确定液滴初始粒径和初始速度的方法,以及能够提高细水雾利用效率的射流协流细水雾系统。结果表明:各因素影响作用由大至小排序为液滴初始粒径、传热温差、液滴初始速度、火焰羽流速度;该系统能够显著提高细水雾的穿透距离,增大细水雾的汽化率。     

细水雾技术在抑制瓦斯爆炸中的应用

介绍了细水雾抑制瓦斯爆炸的机理以及部分应用细水雾对瓦斯爆炸效果影响的实验,提出了采用细水雾方法抑制瓦斯爆炸有可能为瓦斯防治领域开辟新的途径.     

压缩空气泡沫在长距离管路输送中压降的数值模拟

基于Fluent对压缩空气泡沫在长距离管道中的流动特性进行了数值模拟研究,将压缩空气泡沫近似为弥散流,采用Saplart-Allmaras模型模拟了不同管径下压缩空气泡沫以及不同泡沫原液浓度的AFFF泡沫在长距离管道内的流动及压降变化。模拟结果表明,随着距离变化,各管径管道内压降均呈现线性变化,且随着压缩空气泡沫的流动,压降线性增大。管道管径对管内压降变化具有显著影响,管道直径越小,管道内压降越大;泡沫原液浓度对压降的影响较小,且压缩空气泡沫在长距离输送中的压力随距离线性衰减。将模拟结果与长距离输送的试验结果进行了对比,误差在10%以内。     

一种细水雾喷雾除尘装置除尘性能影响因素数值模拟

为探究细水雾喷雾除尘参数对除尘性能的影响，构建欧拉气相-欧拉粉尘-离散雾滴相耦合的3相流计算模型，同时考虑除尘过程中雾滴蒸发的影响，在气液固3相耦合基础上加入蒸发模型。将建立的模型与文献中的试验数据进行对比校验，数据偏差在15%内，表明所建模型可靠。基于建立的模型，开展了雾滴粒径、雾滴速度、尘域环境温度、风机风速等参数对除尘性能影响的模拟研究。结果表明：1)在模拟范围内，考虑雾滴蒸发综合作用影响下，较大雾滴粒径时，喷雾除尘效率随雾滴粒径的减小而增大，当雾滴粒径小于20μm时，喷雾除尘效率随雾滴粒径的减小而减小；2)喷雾除尘效率随雾滴速度的增大而增大，但当雾滴速度增加到25 m/s以上时，喷雾除尘效率随雾滴速度的增大而减小；3)喷雾除尘效率随尘域环境温度的升高而下降；4)喷雾除尘效率随风机风速的升高而下降。研究结果可为细水雾喷雾除尘装置的设计与使用提供理论参考。     

含添加剂细水雾熄灭煤层钻孔瓦斯火的有效性

在瓦斯抽放钻孔的钻进过程中,由于钻头、钻杆与周围煤壁的摩擦升温,会发生瓦斯火灾.为了预防与控制煤矿瓦斯燃烧火灾,采用细水雾灭火技术和自制的钻孔瓦斯火试验系统,在0.4 MPa、0.6 MPa和0.8 MPa下,选择5种配方的含添加剂细水雾,对瓦斯抽放钻孔火灾进行了灭火有效性研究,主要考察了施加细水雾前后瓦斯火焰温度、燃烧强度和灭火时间的变化.结果表明,在清水中添加化学添加剂后,使细水雾熄灭瓦斯火的有效性大大提高,在0.4 MPa下,清水细水雾不能熄灭的钻孔瓦斯火灾,使用添加剂2、3、4、5后,可以在32.4～70.3 s的时间内熄灭.升高压力,细水雾对瓦斯火的熄灭有效性提高,当压力为0.6～0.8 MPa时,含添加剂5的细水雾熄灭瓦斯火的时间比清水细水雾缩短76.1%～88.6%.在实际应用中,使用低压细水雾灭火系统,并选择合适的灭火添加剂配方,可有效防治钻孔瓦斯火灾.     

细水雾作用下烟气运动速度变化规律研究

在受限空间内通过模拟实验研究细水雾作用下烟气运动速度的变化规律.采用Vario Plus型烟气分析仪,测量了施加细水雾前后空间某点的压差和温度,并根据动压测速原理计算出该点处烟气运动速度.通过改变喷头类型和工作压力,研究了不同工况下雾滴速度和粒径等因素对烟气运动速度的影响规律,定量地表征了细水雾作用下烟气在水平方向和垂直方向上速度增量的变化规律,为细水雾灭火系统的优化设计提供了科学依据.     

The influence of the charge-to-mass ratio of the charged water mist on a methane explosion

To study the influence of the charge-to-mass ratio of a charged water mist on a methane explosion, the induction charging method was used to induce charge on a normal water mist; a mesh target method was employed to test the charge-to-mass ratio of its droplets. The propagation images, propagation average velocities, and overpressures of a methane explosion suppressed by charged water mist were analysed. The influence of the charge-to-mass ratio of the suppressant water mist on a methane explosion was studied. Results show that the explosion temperature, propagation average velocity, and peak overpressure deceased more obviously with charged water mist than ordinary water mist. With increasing charge-to-mass ratio, the suppression effect of the charged water mist underwent a significant increase. Under experimental conditions, compared with ordinary water mist, when the charge-to-mass ratio was 0.445 mC/kg and the mist flux was 4 L, the minimum flame propagation average velocity was 3.456 m/s, with a drop of 2.37 m/s (40.68%), and the peak overpressure of the methane explosion was 10.892 kPa, with a drop of 10.798 kPa (49.78%). The suppression effect is considered from the changes of the physico-chemical properties of the water mist as affected by the applied charge-to-mass ratio.     

细水雾抑制熄灭K类火有效性的实验研究

本文通过全尺寸模拟实验研究了细水雾与K类火的相互作用，利用LDV／APV激光多普勒分析仪对细水雾特性进行了测量，分析了细水雾的粒径、速度及雾动量对灭火有效性的影响规律。分别改变喷头类型、工作压力、喷头与火源的垂直距离及喷射角度进行多种工况的灭火实验，结果表明，细水雾的灭火有效性随着压力的增大得到明显提高，喷头的雾化性能直接影响着细水雾的灭火有效性，同时喷射角度及喷射距离也影响着细水雾的灭火有效性。本文为细水雾灭火技术用于厨房环境的火灾防护提供了科学的参考依据和必要的设计参数。     

Production of fire extinguishing mixture by solid propellant propulsion

The behavior of fire suppression by water mist spray has been studied by using the experimental setup which employs the double-based solid propellant gas generator for water mist production. The burning products of solid fuel form a supersonic flow injected through the nozzle into the diffuser chamber having input for the water component ejected from the storage. High values of temperature and pressure at stagnation point impart the substantial kinetic energy to the flow, which provides the atomization of water droplets into mist spray. Since the water evaporation occurs already in the diffuser chamber due to the high temperature of input gas flow, the droplet size is gradually decreases to the lower limit value that could ever exist. The presence of vapor phase enlarges the volume of fire extinguishing jet allowing it to operate as a flooding agent (along with the effect of heat consumption due to water evaporation) at the very beginning of fire suppression process, much before the water droplets evaporation by the flame itself. Proposed technique of the water mist production has showed noticeable fire suppression capability through the series of testing application to the gasoline and wood model fire sources.     

文丘里洗涤器压力损失试验研究

使用空气-水系统,试验研究文丘里洗涤器操作参数(液气比、喉管气速)及喉管长度对其压力损失的影响.结果表明,喉管气速对压力损失的影响比液气比的大,压力损失随液气比增加呈线性增加,而随喉管气速的变化基本为平方关系.在此基础上,探讨了在文丘里洗涤器设计时如何根据捕集效率优化设计文丘里喉管长度.     

细水雾雾强分布及灭火有效性实验研究

研究了系统压力变化对细水雾雾场分布的影响,定量表征了细水雾雾场分布特性。实验发现系统压力增大,细水雾总流量增大,细水雾分布向中心集中。通过改变燃料种类、系统压力、火源位置等条件,研究不同雾场强度下细水雾对不同燃烧模型的灭火有效性,实验发现在雾场强度较高的情况下,灭火效率很高,而在雾场强度较低的情况下,难以熄灭火焰。雾场强度较低时,细水雾对不同燃料的灭火效果不同,闪点较低的燃料容易强化燃烧,闪点较高的燃料燃烧会受到抑制。     

含NaCl超细水雾抑制甲烷爆炸实验研究

为研究含NaCl添加剂超细水雾对甲烷爆炸的影响,在自制的半封闭透明管道内,进行含NaCl添加剂超细水雾抑制甲烷爆炸试验,通过检测和分析在不同NaCl浓度情况下超细水雾的粒径和甲烷爆炸的平均火焰传播速度、爆炸超压以及平均升压速率,探究NaCl浓度对超细水雾粒径及其对抑制甲烷爆炸有效性的影响。研究结果表明:NaCl浓度对超细水雾粒径影响较小;对于体积分数为9.5%的甲烷,相比于纯甲烷爆炸,其平均火焰传播速率、最大爆炸超压以及平均升压速率分别下降了53.7%,63.4%和60.7%,相比于超细纯水雾,其平均火焰传播速率、最大爆炸超压以及平均升压速率分别下降了38.6%,58%,56%;在通雾量相同的条件下,浓度为2.5%NaCl超细水雾对体积分数为9.5%的甲烷爆炸抑制性能最佳;含NaCl添加剂超细水雾的物理化学共同作用可以有效抑爆甲烷。     

串接组合式迷宫螺旋泵的气液两相流数值模拟及试验研究

为研究串接组合式迷宫螺旋泵在实际污水处理过程中的曝气增氧效果和内部的流动情况,应用计算流体力学FLUENT软件,基于混合物多相流模型,对串接组合式迷宫螺旋泵内部三维多相流场进行了数值模拟,分析了不同含气率条件下流场的压力、速度、气相分布情况,分析得出:泵的压力梯度在不同含气率下有所不同,但压力分布都是沿着轴向方向增加,增压效果明显;转子流域的速度明显高于定子流域,且随着含气率的增大,转子流域速度越来越小,定子流域速度越来越大;泵整体含气率比较均匀,随着含气率的增大,出口流域含气率明显高于进口流域和螺旋环流域,有大量气体聚集的现象。试验结果表明:泵的扬程模拟曲线和试验曲线基本吻合,扬程误差值在7%左右,说明数值模拟结果较为准确,串接组合式迷宫螺旋泵在进行气液混输时出口气泡均匀,水中含氧量多,具有良好的曝气增氧效果。     

油水两相流弯管处安全分析

针对油水两相流经过弯管时的流向改变会导致流体速度和压力发生突变,造成发生静电事故和腐蚀事故风险上升 的不利影响,提出了RSM模型和Mixture模型相结合的安全分析方法。该方法对不同入口速度和含水率的油水两相流进行 数值模拟,并用Origin软件拟合了进口最大允许流速与管径及含水率的经验关系。结果表明,在含水率和入口速度一定 时,随着管径的增加,弯管处的最大速度呈现逐渐减小的趋势:当管径和入口速度一定时,随着含水率的增加,弯管处 的最大速度也逐渐减小。最大压力出现在弯管外拱壁处,最小压力出现在弯管内侧拱壁处。在实际生产中,增加弯管下 游直管段内侧壁的壁厚,可有效防止空化腐蚀所造成的危害;通过含水率来确定安全流速,可有效降低静电事故的风险 。