煤田火区塌陷区渗透系数分布研究

通过分析煤田火区地表下沉量和破碎岩块孔隙率的关系,对地表下沉量进行测量,分析计算得到火区破碎岩块孔隙率的分布方程。在实验室中测量不同孔隙率破碎岩块的渗透系数,拟合建立渗透系数和孔隙率的关系方程,利用求得的关系方程和通过地表下沉量测量法得到的孔隙率分布方程,求得煤田火区塌陷区破碎岩块的渗透系数分布方程。     

瓦斯压力场方程的研究

掌握瓦斯压力分布对采掘工作面瓦斯灾害的防治至关重要。利用理论推导和软件模拟的方法,对单一巷道(钻孔)瓦斯压力场方程进行了分析。根据Darcy定律、质量守恒定律和流体力学中微分形式的运动方程,建立了两个瓦斯流动的偏微分方程并联立求解,得出了煤层中径向不稳定流和球向不稳定流的瓦斯压力场方程。根据瓦斯压力场方程和达西定律推导出了半径为r的圆上的单位面积瓦斯流量方程和煤层透气性系数λ的方程,它们都是关于时间t和距钻孔(或巷道)中心距离r的函数。利用λ的方程和矿山压力理论解释了煤层中打钻时出现的喷孔现象。瓦斯压力场方程的得出有助于掌握瓦斯在煤层的赋存状况,进而采取有效的瓦斯灾害防治措施。     

不同活性炭中双酚A吸附行为的差异

双酚A是一种典型的环境激素,广泛存在于人类的生活之中,对人类的生活有着极其深远的影响。本文通过GAC、CAC和PAC 3种活性炭分别吸附双酚A的行为分析,考察活性炭对双酚A的吸附能力。用一级动力学方程、二级动力学方程、Elovich方程、双常数方程和扩散方程对实验数据进行拟合,选择实验平衡浓度较理论平衡浓度的差异来评价模型拟合度,得出二级动力学方程能够很好地描述3种活性炭吸附双酚A的行为。此外,Elovich方程的拟合效果也比较理想,说明吸附过程为先快吸附后慢吸附,得出吸附双酚A的能力为:CACPACGAC。     

静态单手拉车作业最大耐受时间建模

为分析单手拉车作业肌肉疲劳情况,设计并完成模拟静态手拉叉车试验:通过测量拉车前后单臂拉力的变化及最大耐受时间(MET),记录基于Borg CR-10主观疲劳评分表(RPE)的身体疲劳度,探讨负荷和身体质量指数(BMI)对MET、剩余拉力、力量衰减程度和RPE的影响;并基于试验数据构建单手拉车作业肌肉疲劳MET预测方程。试验结果表明,仅负荷显著影响MET;所构建的以指数函数和幂函数为基础的MET方程与现有方程具有一致性;用所建方程得到的预测值与实测值偏差优于用现有MET方程得到的结果。     

基于欧拉法的消防水炮射流轨迹模型

为提高消防水炮射流轨迹预测精度,克服基于传统抛体理论描述“初速度不变,射流流量增加致使射程增加现象”所存在的困难,首先采用欧拉法,沿空气中水射流轨迹建立一维的质量守恒方程、轴向动量守恒方程和径向动量守恒方程;然后假设水柱和空气柱的轴向速度分布形状为“礼帽”形,并据此推导分析建立的守恒方程,进而建立消防水炮水射流轨迹计算模型;最后基于3个守恒方程,给出射流轨迹模型的数值计算流程,并与收集的试验数据进行比较验证,结果表明：所建模型的误差不超过10%。     

饱和-非饱和介质热-水-应力耦合二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵开始,使用Galerkin方法,将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,初步开发出了一个用于分析饱和-非饱和介质热-水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序.通过对一个假定的核废料地下处置的热-水-应力耦合问题进行数值计算,在定性上验证了本程序的正确性.     

煤层瓦斯流动的数值模拟及在煤壁的应用

研究煤层中瓦斯流动规律对于预防瓦斯突出,改善煤层瓦斯抽放率和煤层气开发利用具有现实意义。根据基本假设,对煤层瓦斯流动规律进行了研究,运用瓦斯运动方程—达西定律(DarcyLaw)、煤层瓦斯含量方程—抛物线方程、理想气体状态方程以及气体流动的连续性方程,建立了煤层单向瓦斯流动的动力学模型,并根据边界条件和初始条件,对动力学模型进行了求解,推导出煤壁单位面积的瓦斯涌出量的计算公式,分析了瓦斯涌出量的影响因素,利用测得的数据,进行了实例计算,并用vc编制了计算机程序。     

可压密煤层瓦斯运移方程与数值模拟研究

建立了非均质可压密煤层瓦斯运移方程和数值模拟方程,通过计算机数值模拟解,并运用相似理论,得到了煤层瓦斯压力分布曲线和煤（孔）壁瓦斯涌出衰减曲线方程。采掘面围岩中的集中应力峰值点存在高瓦斯压力和压力梯度,克林伯格效应和煤体排放瓦斯后的应力释放对钻孔瓦斯流量有明显的增长作用     

超声热效应下型煤中气体解吸规律试验研究

为了研究超声热效应对于气体解吸的影响规律,利用自行研制的具备施加超声功能的吸附解吸装置,对吸附饱和氮气的型煤试件开展超声热效应下的气体解吸试验。利用试验数据,拟合出了不同氮气压力下超声热效应作用过程中温度变化方程,解吸量方程及解吸速率方程。同时,对解吸量方程和解吸速率方程进行了试验数据验证。结果表明:超声热效应作用能够有效地提高型煤试样的温度,提高氮气的解吸130.9%～145.8%。验证结果相对误差集中在5%以内,拟合方程能够反映出超声热效应作用过程中解吸量及解吸速率的变化情况。     

超声热效应下型煤中气体解吸规律实验研究

为了研究超声热效应对于气体解吸的影响规律,利用自行研制的具备施加超声功能的吸附解吸装置,对吸附饱和氮气的型煤试件开展超声热效应下的气体解吸试验。利用试验数据,拟合出了不同氮气压力下超声热效应作用过程中温度变化方程,解吸量方程及解吸速率方程。同时,对解吸量方程和解吸速率方程进行了试验数据验证。结果表明:超声热效应作用能够有效地提高型煤试样的温度,提高氮气的解吸130.9%-145.8%。验证结果相对误差集中在5%以内,拟合方程能够反映出超声热效应作用过程中解吸量及解吸速率的变化情况。     

Experiments and numerical simulation on methane flame quenching by water mist

The study of extinguishment using water mist has been motivated due to the phase-out of the use of halens and the search for alternative means that preserve all of the benefits of a clean total flooding agent without adverse environmental impact. With the numerical simulation, we analyzed a gas–liquid two-phase problem including water (liquid), air and methane (gas) using Eulerian equations for the liquid phase and the full Navier–Stokes equations for the gas phase. Gaseous mass, momentum and energy equations are integrated simultaneously by a Harten–Yee explicit non-MUSCL modified-flux type TVD scheme for the convective terms and a central difference scheme for the viscous terms. Liquid phase conservation equations are solved with an application of a flux-vector-splitting scheme. In the experiments in an open room (500×500×500 mm) we observed an interaction of the diffusion flame with the water mists. The results show remarkable flame quenching and a good agreement between the numerical and experimental results.     

Enhancement effects of methane/air explosion caused by water spraying in a sealed vessel

Experiments about the influence of ultrafine water mist on the methane/air explosion were carried out in a fully sealed visual vessel with methane concentrations of 8%, 9.5%, 11% and 12.5%. Water mists were generated by two nozzles and the droplets' Sauter Mean Diameters (SMD) were 28.2 μm and 43.3 μm respectively which were measured by Phase Doppler Particle Anemometer (PDPA). A high speed camera was used to record the flame propagation processes. The results show that the maximum explosion overpressure, pressure rising rate and flame propagation velocity of methane explosions in various concentrations increased significantly after spraying. Furthermore, the brightness of explosion flame got much higher after spraying. Besides, the mist with a larger diameter had a stronger turbulent effect and could lead to a more violent explosion reaction.     

水雾抑制气体爆炸火焰传播的实验研究

利用自行设计的全程透明的火焰加速管系统和细水雾实验系统 ,对不同水雾条件下的气体火焰传播现象进行了实验研究。运用光电传感器与CCD摄像技术 ,笔者分析了不同水雾条件下的甲烷预混气体火焰传播速度、传播火焰阵面轨迹 ;探讨了水雾抑制气体火焰传播的机理及条件。实验发现了在一定条件水雾作用下的气体传播火焰阵面拉伸与火焰驻留的现象与条件 ,实验结果表明 :水雾对气体爆炸火焰传播的抑制是由于水雾作用于火焰阵面反应区 ,降低了反应区内火焰温度和气体燃烧速度 ,减缓了火焰阵面传热与传质的进行 ,从而使传播火焰得以抑制 ;而水雾对气体爆炸火焰传播的抑制效果与水雾通量、雾区浓度、水雾区长度以及火焰到达水雾区的火焰传播速度有关     

水雾作用下气体爆炸火焰传播的实验研究

利用自行设计的全程透明的火焰加速管和水喷雾系统，对不同水雾条件下的气体火焰传播现象进行了实验研究。运用光电传感器与数字摄像技术分析了不同浓度的甲烷在不同水雾条件下的火焰传播速度、火焰阵面轨迹以及火焰结构特性，并通过对传播火焰反应区温度的测量，探讨了水雾抑制气体爆炸火焰传播的内在机理及所需的条件。实验结果表明：由于水雾作用于火焰反应区，降低了火焰反应区内的温度和气体燃烧速度，延长火焰阵面的预热区，减缓火焰阵面传热与传质的进行，从而使传播火焰得以抑制。水雾对气体爆炸火焰传播的抑制效果与水雾流量速度、雾区浓度以及火焰到达水雾区的火焰传播速度有关。     

受限空间内细水雾与火相互作用的实验研究

细水雾灭火系统作为卤代烷系列灭火剂的替代产品之一，以其高效无毒、经济实用的优点，近年来在国际上研究得非常活跃。本文在受限空间内利用先进的材料热释放速率测量仪研究了细水雾与火的相互作用过程，并得到了以下结论：细水雾通过汽化吸热冷却燃料及氧化剂、体积膨胀隔氧以及吸收热辐射降低对燃料的热回馈等效应与火相互作用，达到控制和扑灭火灾的目的，在受限空间内汽化隔氧效应起着重要作用。     

Effects of nitrogen and carbon dioxide on hydrogen explosion behaviors near suppression limit

By varying inert gas content, equivalence ratio and initial pressure, this study is aimed at investigating flame propagation behaviors and explosion pressure characteristics near suppression limit. For carbon dioxide, the weakest flame floating phenomenon is observed at Φ = 1.5 and the buoyant instability is enhanced when the equivalent ratio deviates to the rich and lean sides. For nitrogen, the buoyant instability decreases with increasing equivalent ratio. Both maximum explosion pressure and maximum pressure rise rate increase firstly and then decrease with the increase of equivalence ratio, and they decrease significantly with increasing content of carbon dioxide and nitrogen. For carbon dioxide, the critical suppression ratio of Φ = 0.6, 0.8, 1.0, 1.5 and 2.0 is 7.50, 7.18, 5.74, 3.83, and 2.87. For nitrogen, the critical suppression ratio of Φ = 0.6, 0.8, 1.0, 1.5 and 2.0 is 15.83, 11.87, 9.50, 6.33 and 4.75. Compared to nitrogen, the carbon dioxide is more effective on suppressing hydrogen explosion pressure. The adiabatic flame temperature, thermal diffusivity and mole fraction of active radicals continue to decrease with increasing content of carbon dioxide and nitrogen, which contributes to the decrease of laminar burning velocity.     

自然通风房间内细水雾与油池火作用的数值模拟

采用大涡模拟、混合物分数燃烧模型和欧拉-拉格朗日粒子运动描述法,对自然通风房间内细水雾与油池火焰作用过程进行数值模拟;探讨细水雾在火羽流的不同区域内的灭火机理;分析雾滴直径在自然通风条件下对细水雾灭火效果的影响。模拟结果表明:细水雾冷却热烟气层分为温度迅速降低和缓慢下降两个阶段;在间歇火焰区和浮力羽流区以及热烟气层主要发挥细水雾的蒸发冷却作用,在恒定火焰区则是蒸发冷却和隔氧窒息共同作用;着火区域封闭性较差时,直径较小的水雾系统的灭火效果较低。     

水雾对气体火焰传播特性影响的实验研究

本文利用自行设计的传播火焰喷雾抑制实验系统研究了水雾对甲烷火焰传播特性的影响.结果表明,在一定范围内水雾对甲烷火焰传播的抑制效率随着水流量和火焰前方流场中水雾区流体速度的增加而增加.在甲烷爆炸反应过程中,水作为第三体或惰性液滴破坏其中的链载体,从而降低了甲烷爆炸的反应能力.     

Jet Fires Involving Releases of Crude Oil,Gas and Water

A Joint Industry Project was undertaken to study releases representative of those that could occur on offshore installations involving well-stream fluids either at the wellhead or during processing. The project involved a programme of large-scale jet fire experiments to investigate releases involving mixtures of crude oil and gas (simulating ‘live’ crude) and water. Seven oil and gas companies and the UK Health and Safety Executive sponsored the work that was undertaken by Advantica and Shell Global Solutions at the Spadeadam Test Site, Cumbria, UK. The results demonstrate that the presence of water modifies, significantly, the size, shape, thermal characteristics and stability of a jet fire. For an equivalent release of fuel, the distance from the release point within which flame impingement could occur is slightly increased. However, the overall size of the flame, the temperatures within the flame and the overall heat loading to objects within the flame are reduced. The results also indicate that the flame is extinguished if the water content of the well-stream fluid reaches about 55% by mass. Some well-stream fluids contain a lot of water, in some cases up to 80% by mass, and these will not produce jet fires.     

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。