燃烧、爆炸过程复杂性行为的非线性动力学—突变燃烧学、突变爆炸学(Ⅱ)(上)

针对燃烧,爆炸学中存在的大量非连续性现象,提出了突变燃烧学和突变爆炸学的概念,指出了突变燃烧学和突变爆炸学的基本任务和主要研究内容。提出了单颗碳粒着火和熄火现象的突变机理。     

消烟添加剂

消烟添加剂福建省南安市馨兰精细公司利用多种氧化物开发成功了ＮＢＨＧ—９３消烟添加剂，该产品可参与锅炉或窑炉的燃烧全过程，并能逐步分解出氧气，使煤和氧气有良好的接触并产生微爆，它不仅能使可燃气体和悬浮碳粒得到充分燃烧，还大大降低煤渣中的残碳含量，从而使...     

纤维质燃料正向阴燃传播的数值分析

根据多孔固体燃料3步反应动力学机理,建立了2D非稳态纤维质材料水平填充床正向阴燃的数学模型。阴燃的化学动力过程包括燃料吸热热解、燃料放热氧化及焦炭的放热氧化3个过程。该模型既考虑了固-气之间的热交换,也考虑到了气体在多孔介质内的扩散系数的变化。辐射换热采用扩散近似的方式在模型中予以考虑。应用该模型,数值模拟了来流速度对阴燃速度及平均最高温度的影响,结果表明:阴燃传播速度与来流速度基本上呈线性关系,来流速度对阴燃最高温度影响不大。同时也模拟了燃料阴燃温度分布、燃烧过程中气体组分(O2,CO,CO2,H2O)及固体成分(燃料、焦炭和灰分)的变化过程。数值计算阴燃速度与实验速度基本吻合。     

油罐喷射火燃烧模拟

针对由一定压力的单相或两相介质泄漏或压力泄放系统排放引起的喷射火,利用gambit生成计算区域网格,得到相应的计算模型.再利用Fluent软件中的离散相模型计算气体流动,采用Realizable k-epsilon湍流模型和部分预混燃烧模型来预测燃料的燃烧,模拟了戊烷燃料燃烧和湍动多相流场,给出了燃烧速度矢量、温度和组...     

烟气输运的大涡模拟研究

应用大涡模拟方法，并结合Smagorinsky亚格子尺度模型，数值研究了烟气输运问题。为了有效地模拟烟气输过过程，文中采用低马赫数近似下的三维可压缩Navier-Stokes方程进行求解，并采用有限差分法数值计算了滤波后的控制方程。对于燃烧过程中所产生的热释放，文中采用Lagrangian粒子携带热量（即热元模型）的近似方法来模拟，同时这些运动粒子进一步用来标识烟气的输运过程。文中数值计算了燃烧热源所形成的热气流和烟气输运过程，分析讨论了相关的湍流特性，以及温度场和速度场，并探讨了不同功率的热源对流动特性的影响。     

孔隙结构对焦碳燃烧影响的数值研究

煤粒在热解过程中,由于不同的加热速度和不同的热解最终温度所产生的孔隙结构也不同,本文建立了多组分并存的情况下,综合考虑化学反应,内外传递过程及颗粒孔结构变化在内的单颗粒焦碳着火燃烧模型,计算出３种不同孔隙结构焦碳的转化率,氧化反应率及比面积的变化,比较了它们之间的差异。     

尾矿坝溃决砂流数值模拟研究及应用

为研究尾矿坝溃决砂流流动状况,基于二维溃坝水流数值模型及高含沙水流运动研究成果,建立尾矿坝溃决砂流数值模型。采用有限体积法对平面二维砂流运动方程及高浓度非平衡全沙输移方程进行离散求解,并运用中心迎风格式计算网格界面通量,且通过对界面两侧变量线性重构,使模型具有空间上的二阶精度。为保证模型的稳定性,用中心差分方法和半隐式方法,分别离散求解摩擦阻力项与底床坡度项。应用二维溃坝水流数值模型和尾矿坝溃决砂流数值模型,分别模拟某省尾矿坝溃决洪水、砂流运动状况。分析结果表明,尾矿坝溃决砂流与普通水坝溃决过程显著不同,受含沙量变化以及水流与泥沙相互作用和河床变形的影响,溃决砂流计算所得溃决不同时刻的流速、泥深与溃决洪水计算所得流速和水深有明显区别。     

不同来流下火旋风的实验研究

已有的实验研究和数值模拟表明:火旋风存在一种中空燃烧的状态.本文通过燃烧风洞,对不同来流影响下的火旋风进行分析研究.通过一个置于大型燃烧风洞中的边角开有切向进风口的六边形小尺寸火旋风发生模型,应用热电偶测温和皮托管测速以及电子数据采集系统,对该模型内的温度分布数据和速度分布数据进行采集.通过燃烧风洞改变来流速度的大小,分析不同来流速度下火旋风内部的温度分布、速度分布和持续时间,研究来流速度对火旋风内部燃烧结构的影响、火旋风旋转速度的影响以及持续时间的影响.研究表明:来流改变了火旋风内部的燃烧结构,促进了中空燃烧状态的形成.中空燃烧状态有一个中心的低温区域.在中心低温区域温度最低时,火旋风持续时间最长.来流增强了火旋风的整体转动,并且加剧了火旋风的螺旋状上升.     

综采工作面粉尘运移和粉尘浓度三维分布的数值模拟研究

分析了综采工作面流场及粉尘分布的特点 ,视工作面含尘风流为气 粒两相流 ,建立了描述综采工作面风流中粉尘运动和浓度分布的数学模型。采用计算流体力学的有限容积法求解 ,编制了模拟计算综采工作面三维空间内风速和粉尘浓度分布的计算机程序     

烟气输运和水喷淋相互作用的大涡模拟研究

本文应用大涡模拟方法，并结合Smagorinsky亚格子尺度模型，数值研究了烟气输运和水喷淋的相互作用问题。为了有效地模拟烟气输运过程，文中采用低马赫数近似下的三维可压缩Navier-Stokes方程和组分方程进行求解，并采用有限差分法数值计算了滤波后的控制方程。对于燃烧过程扣所产生的热释放，采用Lagrangian粒子携带热量的近似方法来模拟，这些运动粒子进一步用来标识烟气的输运过程，同时还近似模拟了水喷淋和热气流的相互作用过程。文中数值计算了燃烧火源所形成的热气流和烟气输运过程，以及与水喷淋的相互作用，并探讨了喷水装置的喷水量、喷射角和水颗粒直径对流动特性的影响。     

硫铁化物氧化自燃的动力学分析

为研究含硫油品储油罐中硫铁化物的自燃倾向性,采用STA8000同步热分析仪对10,15,20℃/min等不同升温速率和15,20,25 mL/min等不同空气流量下的硫铁化物进行试验,并通过获得的TG-DSC曲线研究试样的自燃特性;在此基础上,根据Coat模型,利用不同反应机理函数对热重数据进行分析。结果表明:该试验条件下,硫铁化物的氧化进程符合三级反应动力学机制;得出了硫铁化物在不同升温速率和空气流量下的表观活化能;在560～746℃温度区间内,随着升温速率的增加,空气流量的加大,活化能数值明显减小,自燃倾向性增大。研究结果可为预防和控制因硫铁化物自燃引发的火灾、爆炸事故提供理论参考。     

湿天然气管道螺旋流水合物浆液安全输送研究

研究了天然气水合物浆液在气液两相螺旋管流中流动特性,分析了以气相为连续相、水合物颗粒为离散相的气固两相螺旋流的流动机理,通过对水合物颗粒受力分析和运动分析,结合螺旋流旋涡结构演化规律,推导出水合物颗粒平动、转动的判断条件,给出了颗粒各种受力的关联式,建立螺旋管流水合物颗粒运动模型,探讨了水合物颗粒的动力学行为。分析水合物浆液流动特性得到临界速度1即水合物浆液从固定床流动向悬浮流转化速度以及临界速度2即水合物浆液从移动床流动向固定床转化速度,为水合物浆液稳定流动提供了理论判据。     

采空区场流安全理论及其研究的新进展

提出采空区场流安全理论的概念,并对采空区场流流态、瓦斯涌出和自燃“三带”理论及自燃温度等数值模拟计算的发展历程进行概要总结;分析了当前采空区场流安全理论研究的最新进展和发展趋势。指出目前的现代通风安全理论研究正处在前所未有的历史变革时期,即从网络流通风安全理论到场流安全理论的过渡与统一。采空区问题(瓦斯涌出和自燃)应综合考虑特定开采条件下的采场漏风与供氧系统的背景环境。其理论研究的主流方向应是基于场流方法的灾害与各因素影响关系的分析,重点是灾害机理和多灾害间耦合等一般规律;技术手段是多孔介质渗流力学、多相气体扩散、综合传热理论和有限元数值模拟方法,关键是模型求解的收敛稳定性和流场分布解问题。     

多场耦合作用下瓦斯与煤自燃协同预防数值模拟

为解决某综放面采用顶板巷与上隅角联合抽采方式可能引起的煤自燃及瓦斯爆炸等重大安全隐患问题,采用数值模拟从瓦斯、氧气体积分数分布特点和温度场角度综合分析合理顶板巷位置与抽采流量,为协同预防瓦斯和煤自燃复合灾害提供指导。结果表明:抽采口、上隅角瓦斯体积分数随抽采流量增加而降低;抽采流量100m3/min是影响氧化带宽度变化幅度的拐点;抽采流量对采空区最高温度的影响较大,对高温范围宽度影响较小;综合确定合理顶板巷位置为内错回风巷15 m,合理抽采流量为100~150 m~3/min;现场应用表明该方案既能解决瓦斯超限问题,又能有效控制煤自燃威胁,表明数值模拟具有较好的可靠性。     

建筑火灾中值得深入研究的几个问题

提出了一些建筑火灾中值得进一步研究的,流动、传热、热解、燃烧、污染物生成等方面的基础问题。着重讨论了烟气扩散、流动中的混沌现象,提出了建立建筑火灾数据库、专家系统的设想,和建立非线性燃烧模型、开发智能型火灾自动报警系统的技术思路。     

基于正交试验法的黄铁矿自燃倾向性影响因素分析

利用X衍射仪、X荧光分析仪对黄铁矿进行了成分分析,运用激光粒度仪对黄铁矿进行了粒径分析。以粒度、空气流量、质量为正交试验的3个因子,运用正交试验法设计实验。利用热分析仪对黄铁矿进行了升温氧化试验,得到5、10、15 K/min升温速率下的TG-DSC曲线。运用FWO等转化率法计算黄铁矿的活化能,并将其作为黄铁矿自燃倾向性评价指标。结果表明,三因素对黄铁矿自燃倾向性影响程度为:粒径空气流量质量,且粒径的大小与活化能的大小成比例关系;当粒径为131.10μm,质量为10 mg,空气流量为30 m L/min时,黄铁矿自燃倾向性最小。     

基于响应曲面法的遗煤自燃分析与研究*

为研究高瓦斯易自燃煤层不同供风量、高抽巷抽采流量、低抽巷抽采流量3因素对采空区自燃“三带”分布影响规律,选取阳煤五矿8406工作面为研究对象,在数值模拟研究基础上,采用Design Expert软件进行Box Behnken试验设计,构建采空区氧化升温带宽度在3因素、3水平条件下的二次回归响应曲面模型,并对不同条件下采空区氧化升温带宽度进行预测与分析。结果表明:二次回归方程P值为0.001 6,预测模型显著,模型的失拟项为0.606 3,不显著,回归方程具有统计学意义;当供风量为1 500~2 000 m3/min,低抽流量为450~650 m3/min,高抽流量为100~200 m3/min时,对氧化升温带宽度一次项重要度排序为C（高抽巷抽采流量）>A（供风量）>B（低抽巷抽采流量）,二次项重要度排序为AC（供风量和高抽巷抽采流量）>AB（供风量和低抽巷抽采流量）>BC（低抽巷抽采流量和高抽巷抽采流量）,且AB,AC,BC之间均无交互作用。     

灰色组合模型在钻孔瓦斯流量预测中的应用

钻孔瓦斯流量直接关系着钻孔抽放煤层瓦斯涌出量及钻孔瓦斯涌出初速度的判定,因此研究钻孔瓦斯流量的变化及发展趋势具有较大实用价值。利用"灰色组合预测"思想,提出一种对多种常用预测模型进行熵权法计算权重的组合预测方法,从而可根据有限的实测数据达到预测瓦斯流量发展的目的,结合工程实例,将灰色组合预测模型和单点模型模拟的结果进行比较,其结果表明组合的灰色模型预测精度较高,对瓦斯抽放设计和矿井安全生产具有较大的指导意义。