含菌-无机盐超细水雾抑制甲烷爆炸试验研究

为进一步提高超细水雾抑制甲烷爆炸的效率,搭建抑制甲烷爆炸试验平台,开展用含甲烷氧化菌-无机盐超细水雾降解与抑爆甲烷的试验研究,考虑降解时间、第1次通雾量、第2次通雾量等3个因素进行正交试验,分析不同试验条件下甲烷爆炸压力和火焰传播过程。结果表明:改性培养基中的甲烷氧化菌降解甲烷效果优于普通培养基;降解时间对甲烷最大爆炸超压ΔP_(max)有显著影响,第2次通雾量对甲烷最大爆炸超压ΔP_(max)有一定影响;降解时间对火焰平均传播速度有显著影响,第2次通雾量对火焰平均传播速度有一定影响;同时增加降解时间和第2次通雾量可以降低平均升压速率和火焰平均传播速度。     

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。     

氩气协同超细水雾抑制甲烷爆炸试验研究

为加强超细水雾对甲烷爆炸的抑制效果,搭建小尺寸半封闭甲烷爆炸试验平台,开展氩气协同超细水雾抑制甲烷爆炸试验。通过单因素和曲面优化试验,测试氩气、超细水雾以及两者的协同作用对甲烷爆炸的抑制效果;从火焰特性、最大爆炸超压和平均升压速率3个方面探究氩气和超细水雾协同抑爆的优越性。结果表明:氩气和超细水雾协同抑制甲烷爆炸效果显著;随着氩气体积分数和超细水雾喷雾量的增加,火焰冲出管道的时间逐渐延长,最大爆炸超压和平均升压速率逐渐降低;其中氩气体积分数10%、超细水雾喷雾量4.2 m L的工况抑制效果最佳;甲烷最大爆炸超压较氩气和超细水雾单独作用下分别下降6.15和2.68 k Pa,说明氩气和超细水雾抑止甲烷爆炸具有协同效应。     

超细水雾对管内丙烷爆炸火焰抑制效果的试验研究

利用自行研制的超细水雾抑制管内丙烷爆炸的小尺寸试验系统,研究超细水雾抑制管内丙烷爆炸的有效性.试验采用0.6m×0.09m的圆柱形透明玻璃管,研究体积分数为2.7％～3.7％的丙烷/空气预混气体在0～2 mL超细水雾作用下的爆炸火焰传播特性,测定超细水雾作用下丙烷爆炸下限及火焰传播速度的变化规律,探讨超细水雾对管内丙烷爆炸火焰的抑制机理及效果.结果表明:超细水雾可显著提高丙烷的爆炸下限,降低丙烷爆炸的危险性;超细水雾可有效抑制丙烷爆炸的传播速度,且随超细水雾添加量增大,传播速度不断降低;根据抑制率计算结果,在贫燃料情况下,超细水雾对丙烷爆炸的抑制效果随雾量增大和体积分数降低而增强.     

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。     

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。     

超细水雾抑制甲烷爆炸的实验研究(英文)

用自行设计的三面透明的细水雾抑制甲烷爆炸的实验装置,研究了不同体积超细水雾对不同浓度甲烷爆炸的抑制现象。运用GigaView高速摄影观察了超细水雾抑制甲烷爆炸的过程,并且对现象进行了分析。采用四个E12-1-K型快速响应热电偶获取超细水雾抑爆过程中四个不同位置的温度变化情况,并且讨论了甲烷浓度和超细水雾体积对爆炸延迟时间的影响。实验结果表明,超细水雾对甲烷爆炸的抑制效果是与水雾的体积和甲烷浓度紧密相关的。初步确定了超细水雾抑制甲烷爆炸的临界体积。     

甲烷体积分数对甲烷-煤粉复合火焰传播特性的影响

为探究甲烷体积分数对煤粉爆炸过程的影响,并掌握甲烷-煤粉爆炸火焰传播特征,通过粒度分析仪和同步热分析仪研究2种煤粉样品的粒径大小和热解过程。利用1 500 mm×80 mm×80 mm的半开口竖直燃烧管道,探究不同甲烷体积分数下,中位粒径分别为65和25μm烟煤粉的火焰传播特性,分析甲烷体积分数对甲烷-煤粉复合火焰结构、温度和速度的影响。结果表明:25μm煤粉比65μm煤粉的火焰更加明亮,甲烷体积分数的增加对65μm煤粉火焰有更强的促进作用;当甲烷体积分数越接近当量比时,火焰锋面越规则,火焰速度也越快;随着甲烷体积分数的增加,火焰温度和火焰传播速度均呈现先增大后减小的趋势;甲烷体积分数为9%时,火焰温度达到最大值;甲烷体积分数为8%和10%时,65和25μm煤粉最大火焰速度为分别为26.53和39.28 m/s。     

含添加剂细水雾抑制瓦斯爆炸有效性试验研究

为进一步提高细水雾的抑爆灭火效能,在建立细水雾抑爆系统试验平台的基础上,选用MgCl2、FeCl2和NaHCO3这3种添加剂,研究细水雾对瓦斯爆炸火焰的抑制效果.结果表明:使用含添加剂细水雾后,体积分数为9.5％的瓦斯的爆炸传播速度从13.8 m/s至少降到2.75 m/s;水雾区火焰长度最多缩短了242 mm;含0.8％FeCl2的细水雾有效性系数为6,有效性最高;从火焰图片剖面像素分布可以看出,火焰的辐射体温度均出现了不同程度的降低.不同添加剂不同程度地提高了细水雾的灭火效能,对瓦斯体积分数接近化学当量比的火焰传播有明显抑制效果.     

水雾喷洒时间对滑移装置下甲烷爆炸特性影响

为提升滑移装置抑爆效果，在方形管中通入体积分数为9.5%甲烷/空气预混气体，分析细水雾协同不同弹性系数滑移装置作用下，水雾起始喷洒时间对预混气体爆炸特性影响。结果表明：先喷、指尖喷出现坡形火焰二次加速火焰传播，爆炸反应加剧，水雾不同程度充当障碍物加速火焰传播和碰壁断链，缩短火焰熄灭时间；后喷细水雾障碍物作用微弱，利用吸热降温作用抑制火焰传播，熄灭耗时相对较长。在爆炸超压方面，0.22 N/mm、0.42 N/mm 2种弹性系数滑移装置协同作用，先喷情形超压峰值增幅分别为9.25%、16.55%,指尖喷情形则高达88.71%、77.37%,促爆效果明显。后喷有一定的抑爆作用，超压峰值降幅分别为7.11%、2.93%。综上，后喷的抑爆效果优于先喷和指尖喷。     

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。     

甲烷体积分数及巷道结构对甲烷爆炸特性影响研究

为明确甲烷体积分数及巷道结构对甲烷-空气爆炸特性的影响机制,采用Fluent软件建立3种不同结构的巷道模型,对甲烷体积分数分别为6%、9.5%和13%条件下的巷道甲烷爆炸过程进行数值计算,分析爆炸压力和温度的变化特性以及火焰的传播特性。结果表明:当甲烷的体积分数为9.5%时,直巷道中冲击波峰值压力及爆炸温度最高;随着测试距离的增加,冲击波峰值压力不断降低,并且符合指数衰减特征;不同巷道结构甲烷爆炸后压力峰值的差异主要出现在弯道处,其冲击波峰值压力大小为90°巷道直巷道分叉巷道;分叉巷道中经过拐角后的冲击波峰值压力明显下降,对冲击波阻碍作用显著;此外,当冲击波进入弯道并沿壁面传播时,受压缩波、稀疏波及反射波等多波系共同影响,火焰沿壁面传播特性发生改变。     

半封闭管道内瓦斯煤尘爆炸火焰传播规律研究

为了探究瓦斯煤尘爆炸火焰的传播规律,采用自行搭建的半封闭垂直管道爆炸试验系统,研究瓦斯体积分数和煤尘质量浓度的改变对火焰传播规律的影响。结果表明:1)加入煤尘后的瓦斯爆炸火焰传播速度显著增大;2)在爆炸腔体内,瓦斯体积分数越接近化学当量比,煤尘质量浓度越接近50 g/m3,爆炸火焰传播速度越快;3)在传播管道内,大量的氧气从开口端进入参与反应,瓦斯体积分数和煤尘质量浓度较大的试验组,火焰传播速度会迅速上升; 4)煤尘质量浓度和瓦斯体积分数存在最佳配比,煤尘质量浓度和瓦斯体积分数偏离最佳浓度配比程度较大时,火焰传播加速度下降,传播距离变短。     

基于Matlab图像处理的瓦斯爆炸火焰传播速度研究

基于自制小尺寸试验平台进行不同体积分数瓦斯爆炸试验,运用高速摄像机拍摄爆炸图像,直观分析火焰传播过程。利用Matlab软件对拍摄图像进行数字化处理,求得不同瓦斯体积分数下的爆炸火焰传播速度。结果表明:基于图像处理的方法能够简单准确地计算火焰传播速度,火焰亮度阈值的取值对火焰传播速度计算结果有重要影响;火焰传播速度随时间逐渐增大,当出现"郁金香"火焰后略有降低,随后继续增大;瓦斯体积分数对平均火焰传播速度有较大影响,混合当量比为1时火焰传播速度最大,在混合当量比小于1时,火焰传播速度受混合当量比影响较大,而当混合当量比大于1时,火焰传播速度受混合当量比影响较小。     

以氢气为主要成分的其他可燃气体对低浓度甲烷爆炸特性的影响

为研究矿井火区中一氧化碳(CO)、氢气(H_2)、乙烯(C_2H_4)和乙烷(C_2H_6)等其他可燃气体对甲烷(CH_4)爆炸特性的影响,利用可视球形气体爆炸系统开展了多元可燃气体爆炸压力特性试验,观察并分析了峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率及其相应时间。通过高速摄影系统拍摄了视窗范围内爆炸火焰传播图像,基于边缘检测方法确定了火焰前锋位置,继而得到最大火焰传播速度。分析了以氢气为主要成分的其他可燃气体对低浓度CH_4-空气混合物压力特性和火焰传播行为的影响。结果表明,多元可燃气体的存在增加了低浓度CH_4-空气混合物的爆炸危险性。随混合气体体积分数增加,低浓度CH_4-空气混合物的峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和最大火焰传播速度非线性增加;此外,到达峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率的时间显著缩短。     

不同浓度甲烷-空气预混气体爆炸特性的试验研究

利用自主搭建的易爆气体爆炸试验平台,研究了甲烷体积分数为8%、9%、9.5%、10%、11%的甲烷-空气混合气体的爆炸特性。结果表明:爆炸火焰在管道内经历了层流火焰传播加速、郁金香火焰传播速度变慢和湍流火焰传播速度增大3个特征阶段;爆炸管道压力表现出升压、振荡和反向冲击3个变化阶段;爆炸感应期、火焰最大传播加速度和最大爆炸升压速率等特征参数能更好地反映易爆气体的爆炸能力和爆炸强度。结合爆炸火焰图片、光电传感信号和压力传感信号发现,在一端开口的管道内,爆炸压力出现变化的时间总是先于火焰传播速度的变化时间,表明爆炸压力的变化是导致火焰传播速度变化的原因。因此,抑爆过程中,减小爆炸压力和降低升压速率是达到良好抑爆效果的关键。     

泄压点火不同端管道内甲烷爆炸特性数值模拟

结合气体爆炸传播机理,利用FLACS软件对泄压点火不同端两种方式(泄压口通径为25 mm和泄压口完全开放)下甲烷的爆炸过程进行数值模拟,获得了5种体积分数甲烷的爆炸特性参数,分析得出:两种不同泄压方式下,10%,9.5%,11%体积分数的甲烷爆炸特性变化趋势接近,7%,8%的甲烷较前三者有所延迟;5种甲烷在管道中心处的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、最大爆炸压力下降速率、温度峰值都随甲烷体积分数的增大而逐渐上升,在10%时达到最大,继续增加甲烷体积分数则出现下降趋势,最大爆炸压力时间变化趋势与其相反;管道中心处的爆炸产物浓度随着甲烷体积分数的增大而增大,与泄压方式无关;增大管道泄压口面积有利于爆炸压力以及爆炸高温高压气体的释放,使得各体积分数甲烷的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、最大爆炸压力下降速率、温度峰值均下降,到达最大爆炸压力的时间均增大。     

喷粉压力对KHCO_3冷气溶胶甲烷抑爆效果影响研究

为实现主动式喷粉抑爆系统的最佳抑爆效果,基于5 L管道爆炸试验平台,测试喷粉压力对碳酸氢钾(KHCO_3)冷气溶胶分散状况的影响,并开展KHCO_3冷气溶胶对于9.5%甲烷-空气预混气体爆炸的抑制试验,考察了不同喷粉压力下形成的KHCO_3冷气溶胶对甲烷爆炸压力及火焰传播的抑制效果。结果表明:喷粉压力显著影响KHCO_3冷气溶胶的分散状况,进而影响其甲烷抑爆效果,KHCO_3冷气溶胶在低喷粉压力下难以分散且抑爆效果不佳,仅对前期火焰产生抑制作用;随着喷粉压力增加,KHCO_3冷气溶胶抑爆效果逐渐提升,甲烷爆炸火焰传播减缓,最大爆炸压力降低;但当KHCO_3冷气溶胶得到充分分散时,继续增加喷粉压力对其抑爆效果提升很小。     

空腔体积比对甲烷爆炸冲击波传播机制的影响

为探究空腔相对体积比的变化对甲烷爆炸冲击波抑制作用的影响,采用计算流体力学(CFD)软件和大型圆管甲烷爆炸试验系统研究空腔相对体积比对甲烷爆炸冲击波的影响。结果表明:腔体相对体积比由4. 8变为7. 9,空腔对峰值超压消减作用增强,火焰持续光照强度消减作用骤然增强;腔体相对体积比增加到12. 7时,拟合得到火焰持续光照强度衰减因子呈现"L"衰减关系,整体火焰持续光照强度消减基本趋于稳定,火焰持续光照强度衰减率由90. 8%变为90. 9%;峰值超压衰减因子衰减先慢后快;腔体相对体积比为12. 7时抑爆效果最佳,整体火焰持续光照强度衰减率90. 9%,峰值超压衰减率30. 8%。     

Hele-Shaw通道内瓦斯爆炸火焰特性试验研究

为探究甲烷/空气预混气体当量比对Hele-Shaw通道内火焰爆燃特性的影响，自行设计搭建尺寸(长×宽×厚)为950 mm×200 mm×6 mm的透明有机玻璃瓦斯爆炸管道试验平台。通过改变试验平台厚度研究通道间隙对甲烷/空气预混气体火焰结构与传播特性的影响。结果表明，不同的通道厚度和当量比对火焰锋面结构和火焰传播动态特性有显著影响。当通道厚度为6 mm时，最大火焰传播速度发生在化学当量比下，为12.84 m/s,且在该工况下火焰最先到通道末端，时间为518.57 ms。当量比为0.8的贫燃状态时，在火焰不稳定性的作用下，火焰传播后期出现二次振荡现象及手指形的火焰锋面。随着通道厚度的减小，火焰到达通道末端的时间逐渐变长，对火焰整体传播速度有明显的抑制作用。