可燃气体爆炸破坏效应的试验研究

借助高速摄像机及ProAnalyst软件,研究可燃气体体积分数和障碍物对可燃气体爆炸破坏力的影响。测定不同体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸冲击波超压,和爆炸火焰波在有无乒乓球方向传播的平均速度。试验结果表明:超压和平均速度均随着甲烷体积分数的增加呈现先增大后减小的变化趋势,其最大值均出现在甲烷体积分数为10%～11%之间;同一体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸火焰波在有乒乓球方向传播的平均速度比没有乒乓球方向传播的平均速度大。根据试验结果,推导出可燃气体爆炸冲击波超压和爆炸火焰波传播平均速度与可燃气体体积分数之间的函数关系,并得出障碍物对爆炸火焰波传播的加速作用随着体积分数的增加呈现先加强后减弱的变化趋势。     

水泥窑用低氮燃烧器燃烧特性的试验研究

基于水泥生产线NO_x排放机理及控制方法,设计、研发了一种新型水泥窑用低氮燃烧器,并分析了天然气、煤制气及混合气的燃烧特性及其污染物的排放特性。结果表明:在过量空气系数α为1.2、二次风占比β为0.6时,新型低氮燃烧器燃烧天然气的效果较好,NO_x排放量为53 mg/m³,CO排放量为22 mg/m³;在相同燃烧条件下,煤制气燃烧温度及NO_x排放量比天然气高,CO排放量低于天然气;在过量空气系数α为1.2、二次风占比β为0.8时,NO_x排放量为57 mg/m³,CO排放量为6 mg/m³;天然气和煤制气掺烧时,其燃烧特性介于两者之间,且掺烧煤制气可提高天然气的燃烧速率。     

管内合成气爆炸压力特性的试验与机理研究

为了确保合成气在工业生产与使用中的安全,通过自行搭建的试验系统研究了不同H₂体积分数的H₂/CO/空气预混气体爆炸压力振荡特性,同时利用理论计算了量纲一因素对压力振荡的影响。结果表明,在H₂体积分数为70%时,合成气在密闭管道存在燃烧诱导快速相变现象。在开口管道中,当H₂体积分数为50%和70%时,爆炸超压最大值发生在曲线后期高频振荡阶段。燃烧诱导快速相变发生在开口管道中,且H₂体积分数的变化对超压峰值和超压振荡的变化起着重要作用。不同H₂体积分数的振荡周期都属于10^-4同一数量级,表明H₂体积分数对振荡周期没有影响。随着H₂体积分数的增加,振荡平均幅值逐渐增加,超压振荡现象更加明显。通过理论分析,燃烧诱导快速相变受量纲一因素的影响,是火焰传播阶段、水和壁面凝结阶段,以及火焰和冷壁面辐射热交换阶段三者共同驱动的。研究结果对于预防合成气爆炸故发生具有指导意义。     

燃气出口形式对平焰燃烧过程中NO_x生成特性的影响

本实验采用综合烟气分析仪和热电偶,准确的测量不同燃气出口形式下烟气中氮氧化物的含量和中心垂直剖面的温度,研究了燃气出口形式对平焰燃烧火焰面、温度场和烟气中NOx生成特性的影响规律。结果表明:燃气采用旋流式出口能增加火焰的稳定性,使火焰的峰值温度降低了27.8℃,暗区温度升高了26.05℃,降低了氮氧化物的生成量。     

苯蒸气爆炸/燃烧火焰传播特性研究

为探究苯蒸气爆炸/燃烧火焰传播特性,在自主设计加工的长度1 m的透明可视化爆炸试验管道内,开展不同浓度苯蒸气的爆炸/燃烧试验,利用高速摄像仪拍摄管道内不同浓度苯蒸气爆炸火焰传播图像,并对比研究火焰图像。结果表明:低浓度苯蒸气-空气预混气体点燃后发生剧烈爆炸反应,随着苯蒸气浓度的升高,剧烈爆炸反应转为温和燃烧反应;火焰传播平均速度随苯蒸气浓度的增大而增大,在苯蒸气体积分数为2. 8%时,火焰传播平均速度达到最大值,之后,随着苯蒸气浓度的增大而减小;低浓度苯蒸气爆炸火焰传播过程经历了急剧加速、急剧减速、缓慢加速和缓慢减速4个阶段,高浓度苯蒸气火焰传播速度基本保持不变,火焰形态与火焰传播速度密切相关。     

障碍物管道中H2/CO2/空气爆炸特性影响的数值模拟研究

为掌握不同因素和不同条件对H₂/空气管道预混气体火焰传播的作用和影响，应用FLACS软件在不同的当量比、燃料中的CO₂体积分数、障碍物数量和阻塞率等条件下，分别以火焰传播速度、超压、升压速率和温度等特征参数为表征，对半开口管道中H₂/空气预混火焰传播过程及其参数影响进行模拟研究。结果表明：当量比为1.2时，半开口管道中H₂/空气预混火焰最高温度最大，当量比为1时，H₂/空气爆炸压力的最大超压和最大升压速率最大；CO₂对H₂/空气预混火焰的传播具有明显的抑制作用，且随着燃料中CO₂体积分数的增加，抑制效果越突出，预混火焰最高温度、最大超压和最大升压速率也就越小；障碍物的存在对预混火焰的传播具有激励作用，且激励效果在一定程度内随着障碍物数量和阻塞率的增大而增大。     

圆柱型燃烧器内甲烷燃烧转化率数值研究

甲烷燃烧具有环境污染小、放热量大等优点,但甲烷燃烧转化率受很多因素影响,因此,研究甲烷燃烧过程的转化率就显得尤为重要。基于计算流体力学中的涡耗散模型,运用有限容积法建立甲烷和空气非预混燃烧与扩散数学模型。针对具有3个小挡板,一个喷嘴的圆柱型燃烧器进行数值研究。结论:随着不同入口空气速度的逐渐增加,甲烷-空气非预混燃烧反应不充分,在轴向距离2 m处,反应生成的水和二氧化碳的含量逐渐减少,然而氧气增多,甲烷燃烧的转化率变低;随着不同入口甲烷速度的逐渐增加,甲烷-空气非预混燃烧反应充分,转化率变高;随着不同入口甲烷温度的增加,氧气浓度增加,甲烷-空气非预混燃烧反应不充分,转化率降低。     

旋流燃烧器燃用低热值气体燃料的三维数值模拟分析

本文借助CFD技术对低热值气体在旋流燃烧器内的燃烧过程进行数值模拟。通过改变旋流燃烧器的导流叶片安装角度、燃料-空气预热温度、过量空气系数等参数,对热值为4.2 MJ/m3的低热值气体的多个冷热态工况进行数值计算,研究燃烧器结构参数及着火条件对燃烧过程的影响。本文为低热值气体燃料的利用以及相关燃烧器具的开发提供了参考依据。     

甲烷-空气预混气体燃烧特性研究

采用纹影系统、压力传感器和高速相机对甲烷-空气预混气体在定容燃烧弹中的燃烧特性进行研究,分析了当量比对拉伸火焰传播速度、未拉伸火焰传播速度和层流燃烧速度的影响及定容弹中压力的变化规律。结果表明,当量比对预混气体燃烧过程有重要影响,且存在临界当量比1.1,在临界当量比下预混气体燃烧最剧烈,层流燃烧速度达到最大值(0.368 m/s),燃烧压力也达到峰值(0.703 MPa)。当预混气体当量比小于临界值时,拉伸火焰传播速度、未拉伸火焰传播速度、层流燃烧速度和燃烧压力随当量比增加而增加;而当预混气体当量比大于临界值时,速度和压力随当量比增加而减小。     

褐煤燃烧阶段碳氧化物生成规律研究

为研究褐煤燃烧阶段碳氧化物生成规律,以平庄瑞安褐煤为例,用自制程序升温系统完成褐煤燃烧实验,得到煤样燃烧阶段不同温度下煤样下游混合气体中的CO,CO2及O2体积分数,计算耗氧速率,CO与CO2生成速率以及格雷哈姆系数的3种形式R1,R2和R3的值。研究结果表明:温度为250~399℃时,耗氧量、CO2体积分数、耗氧速率、CO2生成速率和R1值均随着温度的升高而增大;CO体积分数、CO生成速率和R2值在250~348℃时随温度的升高而增大,到348℃时开始下降;R3值与温度之间呈指数关系递减;整个燃烧阶段,R1值和R3值变化显著,R2值变化不大,说明格雷哈姆系数可作为预测褐煤燃烧状态的指标。     

北京及周边地区3个典型站点NO_x和CO的变化特征

为了研究华北平原北部区域不同类型站点光化学前体物的共性与差异,在华北平原北部地区西南-东北主导风向上选取间距大于100km的3个站点,即中国气象局(CMA)、上甸子(SDZ)和固城(GCH)依次代表北京城区、华北本底地区和相对污染的农村地区,进行了近地面NOx和CO观测。结果表明,2008年6月至2009年5月,CMA、SDZ和GCH 3站NOx体积分数的年均值依次为(42.4±21.8)×10-9、(13.8±5.5)×10-9和(26.9±15.2)×10-9,CO体积分数的年均值依次为(1.13±0.37)×10-6、(0.67±0.17)×10-6和(1.11±0.62)×10-6。3站的NOx月均值体积分数及CMA、GCH两站的CO月均值体积分数呈现出冬季高夏季低的特点,而SDZ站的CO 6月均值体积分数(1.03×10-6)为一年中最高。SDZ站的NOx和CO体积分数在中午12时前后出现一个低谷,比CMA和GCH站的提前3~4 h,此后呈上升趋势,体现了午后西南风输送对SDZ站的影响。尽管不同的源排放和大气输送影响导致3站的NOx和CO体积分数在日变化特征上有所差异,但3站的NOx和CO日平均体积分数之间存在极其显著的相关性,体现了区域性污染和气象条件共同影响的特征。     

氢气对预混甲烷/空气燃爆过程的影响

为研究氢气的加入对不同体积分数甲烷/空气预混爆炸过程影响的规律,在尺寸为150 mm×150 mm×1 000 mm的管道中通入体积分数为8%、9.5%和11.5%的甲烷/空气预混气体,然后加入一定体积分数的氢气。氢气所占体积分数分别为0、0.74%、1.48%、2.95%、4.40%。分别对加入不同体积分数的甲烷爆炸过程中爆炸压力、火焰图像和爆炸温度进行测量、分析。结果表明:只有在8%纯甲烷爆炸时能够形成完整的郁金香火焰。8%和9.5%甲烷体积分数试验中,氢气的加入使火焰面由上下对称变得不对称,火焰阵面上移,火焰速度加快;爆炸中的最大超压增大并且最大超压时刻点提前。在11.5%的甲烷加氢试验中,随加氢量增加,爆炸压力、温度、火焰速度分别略微降低。这表明氢气的加入在体积分数为8%的爆炸反应中较大地促进了反应,而体积分数为11.5%时加氢后爆炸反应减弱。通过理论分析计算了半封闭管道中体积分数为9.5%甲烷爆炸温度和实测温度之间的差异。爆炸压力和温度的变化能很好地反映加入氢气对甲烷爆炸的影响。     

不同变质程度煤燃烧阶段碳氧化物生成规律

为鉴定煤矿火灾事故封闭火区内不同煤种生成气体组分及研究其变化过程,通过热重试验确定煤燃烧阶段的温度范围。用双管电炉自制程序升温系统,进行4种不同变质程度的煤的燃烧试验,分析生成的CO和CO_2体积分数、耗氧量及CO初现温度变化规律。结果表明:褐煤、气煤、焦煤和瘦煤燃烧阶段温度分别为247~433℃,279~542℃,313~574℃和333~618℃;随着变质程度增强,生成CO气体的初始温度滞后且CO的生成量减小,CO体积分数最大值和总浓度升高,CO_2体积分数最大值和总体积分数下降;燃烧阶段O_2,CO和CO_2体积分数与温度有二次函数关系。     

乙炔燃爆特性的研究

为减少乙炔火灾爆炸事故的发生,采用20 L爆炸罐为试验仪器,对常温、初始压力0.1 MPa条件下,不同体积配比乙炔-空气混合气的燃爆特性及氮气对乙炔分解爆炸的影响进行了试验研究,并结合碰撞理论和燃烧反应方程对试验结果进行了理论分析。结果表明:乙炔-空气混合气体随乙炔体积分数增大,最大爆炸压力逐渐升高;在乙炔体积分数为10%~55%范围内,乙炔与空气混合气的最大爆炸压力恒定在1.7 MPa,乙炔体积分数为10%时取得最大爆炸指数(78.14MPa.m/s);乙炔体积分数为55%~100%范围内,混合气体爆炸与初始压力有关,并且初始压力随乙炔体积分数增大而升高;纯乙炔分解爆炸的初始压力为0.18 MPa。氮气对乙炔分解爆炸有一定的抑制作用,并随氮气体积分数增加,抑制作用逐渐增大。     

甲烷煤尘燃烧爆炸试验研究

为揭示甲烷煤尘空气混合物爆炸波的传播规律,采用试验分析的方法,建立甲烷煤尘空气混合物燃烧爆炸的3种试验方案,分析不同体积分数的甲烷和不同质量浓度的煤尘消耗不同体积空气时的爆压和爆速等参数的发展趋势,探究爆轰波传播的稳定性,阐明了甲烷煤尘燃烧爆炸的基本特征。试验结果表明,在最优配比条件下,与单一甲烷空气、煤尘空气混合物相比,甲烷煤尘空气混合物的爆压、爆速明显增加。甲烷煤尘空气混合物爆轰比单一的气相、固相混合物爆轰的爆炸压力、爆速明显增加、爆轰更稳定。     

直流扩散式燃气燃烧器燃烧特性试验研究

针对目前国内广泛运行的锅壳式燃气锅炉，以在该结构锅炉上大量使用的直流扩散式天然气燃烧器为研究对象，研究了燃气燃烧器在不同负荷、炉膛背压、过量空气系数等参数对锅炉炉膛内火焰燃烧场分布的影响，其试验结果对燃气锅炉的安全经济运行以及燃气燃烧器的结构优化具有重要意义。     

掺氢天然气层流火焰传播速度试验研究

为准确测量掺氢天然气层流预混火焰传播速度,并研究掺氢比对掺氢天然气层流预混火焰传播特性的影响,通过本生灯法对比试验研究自然光及纹影拍摄条件下掺氢天然气层流预混火焰的传播速度,根据化学动力学机制模拟计算并讨论不同掺氢比条件下的预混燃料层流火焰传播特性。研究表明:利用纹影系统拍摄获得的火焰传播速度更接近燃烧学定义的层流预混火焰传播速度;随着掺氢比的增加,掺氢天然气层流预混火焰传播速度及绝热火焰温度均不断增加,且层流预混火焰传播速度峰值所对应的当量比显著向富燃料侧移动;燃料中氢气组分的不断增加使得H自由基的摩尔分数以及OH自由基的生成速率均显著增加。     

EVA树脂粉尘/甲烷/空气杂混物爆炸特性

在20 L爆炸实验装置中,开展了3种不同中值粒径的EVA树脂粉尘/甲烷/空气所组成的杂混物爆炸特性研究,探究了甲烷浓度对粉尘爆炸下限、最大爆炸压力的影响。结果表明,尽管添加的甲烷气体浓度低于爆炸下限,仍使得粉尘爆炸下限得以降低,粒径较大的EVA III粉尘,当甲烷体积分数为1%时,爆炸下限降低约25%;粒径较小的EVA I粉尘,当混入甲烷体积分数为4%时,爆炸下限则降低80%;甲烷体积分数每增加1%,可燃粉尘最大爆炸压力上升约10%,但对于粒径较小的EVA I粉尘,当甲烷体积分数为4%时,最大爆炸压力的上升呈现突变趋势,上升近50%。     

基于NO_x的平焰燃烧加热炉最佳过剩空气系数的数值研究

采用数值模拟的方法,对不同过剩空气系数下平焰燃烧加热炉火盘直径、炉膛温度标准差系数和出口NO质量分数进行了研究。结果表明:随着过剩空气系数的增加,火盘直径减小,炉膛温度标准差系数先减小后增大再减小,出口NO质量分数先增大后减小,研究炉型的最佳过剩空气系数为1.075。     

气相二茂铁抑制池火燃烧的有效性分析

以N2作载气,开展了不同工况气相二茂铁作用于受限空间中酒精燃烧的系列实验.实验过程中借助M-9000燃烧分析仪和质量采集系统对其烟气(如O2、CO)体积分数和酒精质量变化进行在线测量,以此为基础数据分析气相二茂铁抑制酒精燃烧的有效性.通过对不同工况下烟气体积分数、热释速率和火焰高度的分析得出:当载气流量为1.00 m3/h时,气相二茂铁的抑制效果随其饱和蒸气压的升高而增强.其具体表现为酒精燃烧效率、热释速率和火焰高度随气相二茂铁饱和蒸气压的升高而相应降低;O2剩余量随气相二茂铁饱和蒸气压的升高而相应增大,CO最大生成量随气相二茂铁饱和蒸气压的升高而相应下降.