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。     

非线性拉伸对甲烷-空气预混火焰燃烧特性的影响

使用定容燃烧弹与高速纹影照相系统研究了不同当量比下甲烷-空气预混气体的层流火焰燃烧特性。实验数据同时应用传统线性模型和非线性模型分析了不同当量比对球形扩展火焰的传播速率和马克斯坦长度的影响。结果显示:随着当量比的增加,层流燃烧速率先增大后减小,直到当量比为1.1时,火焰速率达到最大值。马克斯坦长度始终为正值,且随着当量比的增大而增大。在所有当量比条件下,线性和非线性方法计算的火焰速率大致相同,差值小于0.01 m/s;线性方法得到的马克斯坦长度均大于非线性模型计算的结果,并随着当量比的增大,两种方法得到的马克斯坦长度的差值更加显著。     

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。     

当量比和初压对二甲醚-空气爆炸特性的影响研究

为探究二甲醚-空气爆炸特性,采用高速光学纹影技术和高频动态压力测量技术获取当量比和初压对二甲醚-空气火焰形态和爆炸超压峰值的影响规律.采用刘易斯数、热膨胀比和火焰厚度理论分析了火焰形态,采用燃烧热损失理论分析了爆炸超压峰值.结果表明,高速光学纹影技术和高频动态压力测量技术可清晰、准确地获取二甲醚爆炸火焰形态和爆炸超压峰值.在热扩散不稳定和流体动力学不稳定相互作用下,火焰形态大致可以划分为3类:光滑火焰、裂痕火焰和胞状火焰.当量比Φ=0.8和Φ=1.0时,刘易斯数大于1.0,热扩散不稳定迫使球形膨胀火焰趋于稳定,不同初压下火焰形态相对光滑或表面出现少许裂痕,未观测到胞状火焰;当量比Φ=1.5时,刘易斯数接近于1.0,球形膨胀火焰仅受流体动力学不稳定的影响,初压达到200 kPa时形成胞状火焰.随初压增加,刘易斯数几乎恒定,热膨胀比缓慢增加,火焰厚度迅速减小,即热扩散不稳定对球形膨胀火焰的影响效应不变,流体动力学不稳定对球形膨胀火焰的失稳效应逐渐增强.另外,对于不同当量比和初压,绝热工况二甲醚爆炸超压峰值均高于试验工况.随初压增加,绝热工况和试验工况二甲醚爆炸超压峰值均线性增加,不同当量比下燃烧热损失单调增加.     

添加H2对生物质气层流燃烧特性的影响

为研究H₂对生物质气层流燃烧特性的影响，在内径和长度均为200 mm,点火位置为正中央的圆柱形定容燃烧弹内进行当量比为0.6～1.4、H₂体积分数为7.15%～33.15%的掺氢生物质气/空气燃烧试验。利用高速摄像仪采集火焰传播图片，并通过计算分析软件Chemkin-Pro进行化学反应路径分析。研究结果表明：添加H₂对生物质气/空气的层流燃烧速度起促进作用，在贫燃侧增长效应平稳而在富燃侧增长效应显著，使火焰的不稳定性增强；火焰结构中主要自由基浓度的增大是引起层流燃烧速度增大的主要化学动力学原因；H₂主要通过参与HCO基团氧化加快反应速率，富燃侧层流燃烧速度显著增大的原因是H₂作用的路径多为有O₂参与的反应。     

甲烷-煤尘复合体系中煤尘爆炸下限的实验研究

在3.2 L的燃烧管道中,采用小能量的高压点火装置,通过改变甲烷体积分数、煤尘种类与粒径,研究了甲烷-煤尘复合体系中煤尘爆炸下限的变化规律.研究结果表明,在本文实验条件下,甲烷-煤尘混合物中甲烷体积分数的增加能明显降低煤尘的爆炸下限.对于煤尘粒径小于42 μm煤样A,当甲烷体积分数从1.8%增加到2.2%时,煤尘的爆炸下限相应从30 g/m3下降到6.25 g/m3.煤尘的爆炸下限也随着煤尘中挥发分含量的增加而降低.煤尘粒径对其爆炸下限的影响较弱.实验结果与文献中高能量化学药头点火的测试结果进行比较表明,甲烷对煤尘爆炸下限的影响趋势并不随着点火源能量的改变而改变.     

低压环境下固液混合燃料爆炸特性研究

为研究高原低压环境下固液混合燃料的燃爆特性及反应机制,利用20 L爆炸球测试系统,以铝粉-乙醚和铝粉-乙醚-硝基甲烷2种固液混合燃料为研究对象,开展环境初始压力对爆炸峰值压力、爆炸质量浓度下限及爆炸产物的影响趋势研究。研究表明：2种固液混合燃料的最佳爆炸质量浓度、爆炸压力和爆炸危险性随环境压力的降低而降低;与零海拔相比,在模拟海拔4 500 m处(57.4 kPa),450 g/m³固液混合燃料的爆炸压力降低了26.84%～30.80%,爆炸质量浓度下限提高了5～10 g/m³;随着环境压力降低,爆炸气体产物一氧化碳(CO)体积分数增加,二氧化碳(CO₂)、一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)体积分数降低;爆炸固体残余物主要为α-氧化铝(α-Al₂O₃)和铝(Al)。     

甲烷煤尘耦合爆炸传播特性及伤害研究

为探究煤尘质量浓度对甲烷煤尘耦合爆炸传播特性及伤害距离的影响,自制长15 m的爆炸管道系统,用体积分数为7％甲烷分别与质量浓度为0、50、100和200 g/m3的煤尘进行耦合爆炸试验,并根据质量、动量和能量守恒理论推导出最大压力计算公式.结果 表明:不同质量浓度煤尘与甲烷耦合爆炸时,最大压力均随与爆源距离的增加呈现出...     

竖直管道内煤尘浓度对瓦斯爆炸特性影响研究

为研究不同煤尘质量浓度对瓦斯爆炸的影响,采用自主搭建的竖直管道,开展质量浓度为25、50、100、200 g/m3的4种煤尘与体积分数为9%的瓦斯混合爆炸试验,分析爆炸室和传播管道内爆炸压力及火焰传播变化特征。结果表明:增加煤尘质量浓度,混合爆炸压力减小;爆炸室和传播管道内的爆炸特性对煤尘的敏感性不同,爆炸室内爆炸压力对高浓度煤尘较敏感,传播管道内爆炸压力对低浓度煤尘较敏感;煤尘的参与,能促进爆炸室和传播管道内火焰的发展,而煤尘质量浓度的增加主要影响爆炸室后段中的火焰发展,对传播管道内火焰的发展有明显的促进作用,当煤尘质量浓度为50 g/m3传播管道内火焰发展速度最快。     

半封闭管道内瓦斯煤尘爆炸火焰传播特性试验

为了进一步探究瓦斯煤尘爆炸火焰的传播规律,在自行设计搭建的半封闭竖直管道内,选用褐煤、烟煤和无烟煤3种煤样分别进行爆炸试验,并通过改变煤尘质量浓度来观察不同煤种条件下瓦斯煤尘爆炸反应强度,研究不同煤种条件下煤尘质量浓度对瓦斯煤尘耦合爆炸火焰传播规律的影响。结果表明,在瓦斯体积分数和煤尘质量浓度相同的条件下,褐煤爆炸产生的火焰传播速度最大,无烟煤最小。这是因为褐煤的挥发分含量较高,而影响爆炸火焰传播速度的主要原因是煤尘在加热情况下释放出的可燃气量,即煤种的挥发分含量,挥发分含量越大,瓦斯煤尘爆炸火焰传播速度也就越大。褐煤和烟煤的火焰传播速度随火焰传播距离增加而增加,直至传播至管道外部;无烟煤的火焰传播速度随火焰传播距离增加呈现先上升后下降的状态。在试验中,3种煤种和瓦斯爆炸时产生火焰最大传播速度的位置距离爆炸源较远。瓦斯煤尘爆炸产生的火焰稳定性较差,在传播过程中速度变化不稳定,存在较大的波动。火焰传播速度与煤尘质量浓度不成正比,在一定范围内,适当增加煤尘质量浓度可以大大提高瓦斯煤尘爆炸的反应强度,且存在一个最佳的煤尘质量浓度50 g/m3,使火焰传播速度达到最大。     

高密度聚乙烯粉尘燃爆特性及泄爆实验研究

为研究高密度聚乙烯(HDPE)粉尘燃爆及其泄爆特性,通过结合热重(TG)和差示扫描量热(DSC)分析高密度聚乙烯燃爆机理,利用20 L球形爆炸测试系统、最小点火能测定仪、最低着火温度测定仪等探究粉尘质量浓度对最小点火能(MIE)、最低着火温度(MIT)、最大爆炸压力(P_max)和爆炸指数(K_st)的影响;在300 g/m³爆炸浓度及以上时,分析高密度聚乙烯泄放特性并探究在不同质量浓度下的泄放火焰特征。研究结果表明：随着HDPE粉尘质量浓度增加,最大爆炸压力先增加后减小、最低着火温度和最小点火能先减小后增加;泄爆压力峰值随着HDPE粉尘泄爆膜层数增加而升高,随着泄爆口径的增大而下降;在质量浓度为300 g/m³时,出现2次火焰长度较大值,且第2次泄放火焰更亮,燃烧面积更大;在质量浓度为400 g/m³时,产生2次火焰。研究结果可为预防聚乙烯粉尘爆炸事故以及减小相应事故损失提供参考。     

深圳市道路环境空气中PM2.5水溶性离子污染特征

利用深圳市深南中路路边自动空气监测站的水溶性离子色谱监测仪的观测数据,对PM_2.5中水溶性无机离子进行污染特征解析。结果表明,观测期间深南中路路边子站PM_2.5中主要水溶性无机离子的总平均浓度为7.73μg/m³,占PM_2.5平均浓度的39.8%,是PM_2.5的重要组成。其中二次离子SO₄^2-、NO₃^-和NH⁴⁺的平均浓度分别为3.03μg/m³、1.97μg/m³和1.53μg/m³,占总离子平均浓度的84.5%,是最主要的水溶性离子。通过观测,分析了此站点发生的多次水溶性离子污染过程的成因、水溶性离子的的日变化特征及影响NH₄NO₃气粒分配的关键环境因素。     

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。     

基于20L球形爆炸装置的甲烷煤尘混合爆炸实验

利用实验室自行设计的20L球形爆炸装置,对煤尘及甲烷煤尘混合物的爆炸特性进行了研究。结果表明:无论有无甲烷,煤尘的最大爆炸压力随煤尘浓度增加呈现先升高后降低的变化趋势,并且均在在煤尘浓度为600g/m3时均达到最大值。同时,甲烷的加入明显提高了煤尘最大爆炸压力值,而且随着甲烷浓度的增加,最大爆炸压力增幅先增加后降低,在甲烷5%时增幅最大。煤尘的爆炸持续时间随煤尘浓度增加呈现先降低后升高的特点,甲烷存在时有同样规律,但是有甲烷时爆炸持续时间明显降低,而且随着甲烷含量的增加,煤尘的爆炸持续时间降低幅度不断增加,在甲烷5%以后趋于稳定。实验结果对生产实践有一定的指导作用。     

洁净气体灭火剂与火焰作用过程中氟化氢的产生量研究

采用半导体激光吸收光谱法,实时测试七氟丙烷、三氟甲烷和六氟丙烷等洁净气体灭火剂与火焰作用过程中产生的氟化氨质量浓度,对灭火剂在不同体积分数下产生的氟化氢量及其变化规律进行了研究,并考察了灭火速度对氟化氢产生量的影响.结果表明,当灭火剂体积分数低于临界灭火体积分数时,灭火剂的体积分数越高,灭火剂与火焰作用过程中产生的氟化氢质量浓度越大,在距临界灭火体积分数还很大时,产生的氟化氢质量浓度就超过了4 000mg/m3.当使用洁净化学气体灭火剂熄灭燃烧杯火焰时,灭火速度越慢,灭火过程产生的氟化氢就越多.3种灭火剂熄灭燃烧杯火焰时产生的氟化氢质量浓度随灭火时间变化规律基本一致.当灭火时间高于10 s时,产生的氟化氢质量浓度均超过了4000m/m3.     

甲烷-空气预混区外含钾细水雾抑爆特性研究

为了解含钾细水雾在综合管廊燃气泄漏场景下的抑爆能力,采用自制的爆炸试验系统,开展含添加剂细水雾位于甲烷-空气爆炸区域外的抑爆试验,分析纯水及草酸钾、碳酸钾、氯化钾3种含钾化合物细水雾对9.5%甲烷-空气爆炸超压与过火范围的影响。研究结果表明：纯水细水雾的临界抑爆雾化质量浓度区间为320～480 g/m³;含草酸钾条件下超压下降率随质量分数增加呈现正态累积分布函数(NormalCDF)变化,最佳抑爆质量分数为10%;当雾化质量浓度为480 g/m³、雾滴D₃₂为61.7μm、化合物质量分数为10%时,对应抑爆能力均大于纯水细水雾条件,其中,含草酸钾抑爆能力最强,其次为碳酸钾与氯化钾,峰值超压下降率较纯水细水雾条件分别提高2.32、1.88与1.53倍,过火范围分别缩减46.7%、40%与13.3%。相较于碳酸钾与氯化钾条件,爆炸气体预混区域外含草酸钾细水雾能够吸收更多的爆炸热量、消耗更多的活性自由基。     

丙烷对甲烷-空气预混气体爆炸影响机理研究

为探究丙烷对甲烷爆炸的影响，通过试验研究不同体积分数丙烷对甲烷爆炸特性的影响特征，利用CHEMKIN-PRO软件模拟丙烷影响甲烷爆炸过程中自由基变化特征。结果表明，随着丙烷体积分数的增大，丙烷对甲烷爆炸呈现出先促进后抑制的作用。当丙烷体积分数为0.2%～0.6%时，促进甲烷爆炸；当丙烷体积分数为0.8%～1.0%时，抑制甲烷爆炸。在丙烷促进甲烷爆炸阶段，丙烷通过均裂反应生成·C₂H₅和·CH₃,·CH₃增大·H、·O、·OH的生成速率，导致爆炸强度增强；在丙烷抑制甲烷爆炸阶段，随着丙烷体积分数的持续增加，O₂体积分数降低，·O生成速率降低，·H、·OH生成速率降低，导致爆炸强度减弱。     

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。     

不同进风方式对住宅厨房炊事双重污染扩散影响数值模拟

我国常规住宅炊事废热和颗粒物双重污染较严重，厨房进风方式影响污染物扩散和分布。为了研究厨房不同进风方式下污染物扩散分布规律，建立小型住宅厨房物理模型，采用CFD软件模拟室内气流流动，基于离散相模型模拟颗粒物运动轨迹并得出质量浓度分布，选取了炊事过程实测数据验证模型。提出开窗进风、窗缝渗透进风、恒定进风量进风3种进风方式，假定540 m³/h、810 m³/h和1 080 m³/h 3种进风风量，根据典型气候区室外环境参数确定进风温度，数值模拟进风方式和风量对室内环境的影响。数值模拟结果显示：厨房颗粒物源散发率在0.6 mg/min时，室内呼吸区颗粒物质量浓度为0.025～0.277 mg/m³。合理地补充进风量能够降低室内颗粒物浓度，厨房窗口恒定风量进风有助于形成较好的室内环境。     

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。