基于绝热火焰温度多元混合气体可燃性极限的理论预测

为了预测多元混合气体可燃性极限,通过化学平衡计算软件分析确定了气体在可燃性下限（LFL）和可燃性上限（UFL）的燃烧产物及计算绝热火焰温度（CAFT）,基于能量平衡方程和简化反应模型,分别建立了混合气体LFL和UFL预测模型。应用该预测模型对CH4、C2H4、C3H8、C3H6和CO组成的不同比例混合气体可燃性极限进行预测。结果表明:简化反应模型对于LFL和UFL预测值与文献中实验值的平均相对误差分别为2.76%和5.45%,相关系数分别为0.995和0.950;同时发现两步简化模型对含有C2H4和CO混合组分预测结果误差较大,但对于平均碳原子数大于2的混合气体,预测结果一致性较好。     

煤矿其他可燃气体对空气中甲烷爆炸极限的影响

为研究矿井火区中一氧化碳(CO),氢气(H2),乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)等可燃气体对空气中甲烷(CH4)爆炸极限和爆炸危险度(F值)的影响及双组份可燃气体爆炸界限和爆炸危险度的变化,采用空气中可燃气体爆炸极限测定方法完成一系列试验,测定加入不同体积分数其他可燃气体时CH4的爆炸极限。其他可燃气体的加入,均使空气中CH4和混合可燃气体的爆炸界限加宽;同时加大了CH4和混合可燃气体的爆炸危险度。试验结果表明:加入C2H4气体对CH4爆炸极限影响较大,使CH4及其双组份混合气体的爆炸危险度明显增大;加入量为2.0%时,CH4的F值增加了540%。而加入CO气体比加入C2H6,C2H4和H2等气体对CH4及混合气体的爆炸极限影响都小。     

基于绝热火焰温度混合气体爆炸下限的预测

准确地预测可燃混合气体的爆炸极限,对防止工业生产中时有发生的混合气体爆炸事故有着重大的意义。通过采用Gaseq软件计算CH4,C3H8,C2H4,C3H6,CH3OCH3和CO的绝热火焰温度(CAFT),分析初始温度对甲烷和丙烷混合气体(体积比1∶1)爆炸下限(LEL)的影响。结果表明:随着初始温度的升高,临界火焰温度基本不变,而LEL线性下降。使用计算绝热火焰温度法对不同比例的二元混合气体(体积比1∶1,3∶1,1∶3)以及三元混合气体(体积比1∶1∶1)的LEL进行预测,在选取的35组不同组份的混合气体中,LEL的预测值与文献值的平均绝对误差为0.081 8,平均相对误差为0.02。     

NH3/CH4混合气体爆炸极限试验研究及动力学分析

为了预防化工场所合成氨工艺中混合气体爆炸事故,利用爆炸极限测试仪和CHEMKIN软件,研究了 NH3和CH4混合气体的爆炸极限和动力学过程.通过分析NH3和CH4混合气体的爆炸极限和爆炸传播火焰特征,以及爆炸过程中温度、压力和关键自由基·H和·OH的变化规律,探讨了不同体积分数的NH3对CH4爆炸极限的影响.结果表明:NH3的存在使混合气体的爆炸下限上升,在某种程度上抑制了 CH4爆炸,且体积分数越大,抑制作用越明显;爆炸下限时的火焰经历了半圆形向指尖形的转变,NH3体积分数越大,爆炸火焰颜色越亮;NH3主要通过影响CH4爆炸链式反应的关键自由基·H和·OH来抑制CH4爆炸.所得结论为有效预防NH3/CH4混合爆炸事故提供了理论依据.     

受限升温煤体空间气体变化规律试验研究

为探讨升温煤体受限空间气体的变化规律,设计加工升温煤体引爆瓦斯试验平台,针对不同初始CH4体积分数开展受限空间煤体升温试验。利用Matlab计算试验数据,绘制O2,N2,CO,CH4,C2H4,C2H2的体积分数变化规律曲线。基于可燃性气体爆炸极限理论和计算公式,计算可燃性气体体积分数与混合气的爆炸上下限值,并绘制其关系图。结果显示,当温度为190~400℃时,受限空间气体将失去爆炸性。分析现场煤自燃引爆瓦斯的条件和形式,提出防治煤自燃引爆瓦斯的重点是防止煤柱、断层和高冒煤自燃升温到更高温度,尤其是要防止该区域提前氧化升温,同时要保持工作面风流稳定。     

不同可燃气体影响氮气惰化甲烷爆炸的试验

为了探究矿井瓦斯中不同可燃气体对CH_4惰化防爆的影响,通过测定加入少量C_2H_4和CO时混合气体中CH_4的爆炸极限、临界体积分数等参数,归纳了C_2H_4和CO对N_2惰化CH_4爆炸的作用规律。结果表明:少量C_2H_4或CO均会降低CH_4在空气中的爆炸上下限,2. 0%C_2H_4和2. 0%CO分别可以使CH_4爆炸上限下降0. 9%、0. 2%,使爆炸下限下降3. 6%、0. 6%;且少量C_2H_4或CO均会使CH_4爆炸危险度上升,而爆炸下限相对爆炸上限下降的程度更大; C_2H_4或CO存在时将CH_4-空气体系完全惰化所需的N_2量相应加大,2. 0%C_2H_4和2. 0%CO分别使N_2量增大4. 7%、3. 7%;随C_2H_4或CO体积分数由0增加至2. 0%,CH_4的爆炸上下限在达到重合点时的体积分数逐渐下降,分别下降了2. 0%、0. 8%;含有2. 0%C_2H_4时CH_4的爆炸极限范围为13. 5%,比含有2. 0%CO时大3. 4%,重合点低1. 2%; C_2H_4和CO均会使CH_4爆炸三角形向左下方移动并延伸,爆炸区域扩大,窒息比明显增大。不同可燃气体对N_2惰化CH_4爆炸的影响程度差异明显,C_2H_4存在时带来的防爆难度明显比CO更大。     

受限空间内C_2H_6对瓦斯爆炸的促进机理研究

为了研究受限空间内C2H6对瓦斯爆炸的影响,采用GRI Mech 3.0甲烷燃烧反应机理对定容燃烧反应器内瓦斯爆炸过程中压力、温度变化趋势进行详细分析,同时,对瓦斯爆炸过程中关键反应步进行敏感性分析。结果表明:混合气体中依次充入0.5%、1%、1.5%、2%的C2H6,瓦斯爆炸压力、温度明显增加。其中,与混合气不含C2H6相比,加入2%的C2H6后,达到瓦斯爆炸最大压力、最高温度所对应的CH4体积分数都提前了3%,且爆炸最大压力增大了0.004MPa,爆炸最高温度升高了20K;混合气中加入C2H6,促进CH4生成反应步的敏感性系数大幅度下降,促进CO、NO生成反应步的敏感性系数升高。C2H6对瓦斯爆炸起促进作用,且随着C2H6含量的增加,瓦斯爆炸强度增大,同时,C2H6促进致灾性气体CO、NO的生成。     

基于FLACS的CH4/CO2/air混合气爆炸参数分析

利用FLACS软件分析初始压力、初始温度对CH4/CO2/air混合气的爆炸温度、最大爆炸压力的影响;并与计算值对比。结果表明:①初始压力对爆炸温度、爆炸前后压力比影响可以忽略。常温变压条件下二氧化碳浓度增加,爆炸温度与爆炸前后压力比基本呈线性降低。常压变温条件较复杂,二氧化碳浓度升高爆炸温度降低;初始温度对低浓度（<15%）二氧化碳混合气爆炸温度几乎没有影响,而高浓度（>15%）二氧化碳混合气爆炸温度随初始温度增加而升高;最大爆炸压力随二氧化碳浓度以及温度升高而降低。②在设定条件下,低浓度（5%~10%）二氧化碳混合气爆炸温度计算值与模拟值相对误差小于5.5%,吻合较好;最大爆炸压力计算值与模拟值相对误差在6.5%～10.5%之间。     

受限空间内惰性气体对CH4爆炸抑制特性研究

N2和CO2是常用的惰性抑爆气体,为研究两种气体的抑爆特性,采用20L球形爆炸试验装置,分析了不同浓度配比条件下N2/CH4/空气以及CO2/CH4/空气混合气体的爆炸压力,同时采集爆炸后的气体样品,对比分析爆炸后残留气体的主要成分。结果显示:随CH4浓度从5%增加至12.5%时,完全抑制CH4爆炸需要的惰性气体最小量先增大后降低,CH4浓度在6.5%~7.5%之间时,抑爆需要的惰性气体的量最大;在同一CH4浓度条件下,抑爆需要N2的量大于CO2,并且CH4浓度在5%~6.5%时,抑爆需要两种惰性气体的量值差别最大;当CH4浓度一定时,随着加入惰性气体量的增大,爆炸最大超压逐渐降低,惰性气体浓度和爆炸超压之间基本呈线性关系;在同样条件下,相对于N2,CO2为抑爆气体时,爆炸后腔体内残留的CH4浓度较高。研究成果为惰性气体抑爆技术提供技术支撑,同时为揭示惰性气体抑爆机理有一定作用。     

温度压力耦合对甲烷爆炸极限影响的试验研究

在对甲烷爆炸极限理论分析的基础上,建立了一套温度压力耦合条件下的气体爆炸极限测试系统,并对甲烷在50~200℃和0.2~1.0 MPa环境条件下的爆炸极限进行了试验研究。结果表明:随环境温度升高和环境压力增大,甲烷爆炸上限升高,爆炸下限下降,爆炸范围变大;在200℃和1.0 MPa条件下,试验测得的甲烷爆炸下限为4.05%,爆炸上限为25.6%,相对于常温常压条件爆炸下限下降了0.95%,而爆炸上限上升了9.6%,这表明初始温度和压力对甲烷爆炸上限的影响较大,而对爆炸下限的影响较小。     

Experimental and simulation studies on the influence of carbon monoxide on explosion characteristics of methane

In underground coal mining, methane explosions often can cause tremendous disasters. In the meantime, carbon monoxide (CO), generated during the process of coal oxidation, may appear in the air. Therefore, the explosion characteristics of the mixture of CH₄ and CO must be investigated to prevent gas explosion accidents in coal mines. We conducted experiments by using a 20-L nearly spherical gas explosion testing device. The software FLACS was used to simulate the explosion of the mixture of CH₄ and CO at various mixing concentrations, and the simulation results corresponded to experimental results. With the increase of CO concentration, both upper and lower explosive limits of CH₄ decreased. On the whole, the explosion characteristic parameters of CH₄ and the mixture are similar. When CH₄ concentration was below the stoichiometric concentration, the addition of CO could promote the intensity of gas explosion; oppositely, excessive CO would inhibit the gas explosion reaction. The inhibitory effects become more significant as the concentration of CH₄ increases.     

R290制冷剂惰化燃爆特性实验研究

为了研究R290制冷剂惰化燃爆特性,采用带搅拌功能和氧浓度在线测定的20L球试验装置,对R290制冷剂进行了极限氧浓度测定。实验测定了丙烷在CO2和N2惰化气氛中的爆炸极限及极限空气浓度LAC,确定丙烷的极限氧浓度LOC;采用三元图爆炸区、丙烷-O2二维图爆炸区和ASTM标准分布图分析了混合气体爆炸区边界的燃爆特征,给出了极限氧浓度的确定方法和边界爆炸压力分布规律。实验结果表明:常温常压下R290的爆炸极限为2.1%～9.6%,CO2惰化气氛中的极限氧浓度为13.3%,对应的丙烷浓度为3.3%;N2惰化气氛中的极限氧浓度为10.8%,对应的丙烷浓度为2.7%。通过对比分析不同CO2和N2浓度下的爆炸区分布特征,表明CO2对丙烷的惰化效果要优于N2,以氮气和二氧化氮体积分数比为1∶2测试惰化气氛保护能力,惰化效果介于同浓度单种惰性气体之间。     

Influences of coal dust components on the explosibility of hybrid mixtures of methane and coal dust

In order to study the influences of coal dust components on the explosibility of hybrid mixture of methane and coal dust, four kinds of coal dust with different components were selected in this study. Using the standard 20 L sphere, the maximum explosion pressure, explosion index and lower explosion limits of methane/coal dust mixtures were measured. The results show that the addition of methane to different kinds of coal dust can all clearly increase their maximum explosion pressure and explosion index and decrease their minimum explosion concentration. However, the increase in the maximum explosion pressure and explosion index is more significant for coal dust with lower volatile content, while the decrease in the minimum explosion concentration is more significant for coal dust with higher volatile content. It is concluded that the influence of methane on the explosion severity is more pronounced for coal dust with lower volatile content, but on ignition sensitivity it is more pronounced for coal dust with higher volatile content. Bartknecht model for predicting the lower explosion limits of methane/coal dust mixture has better applicability than Le Chatelier model and Jiang model. Especially, it is more suitable for hybrid mixtures of methane and high volatile coal dust.     

井喷失控点火时间与方位探讨

利用计算流体力学方法(CFD)对井喷失控后天然气扩散过程进行研究,在有限元基础上建立模型,采用κ-ε紊流模型求解得出井喷失控后可燃性蒸气云随时间、风速变化的影响情况,求出稳态以后易爆区域的蒸气云形状。取5.0%和15%作为甲烷的爆炸上、下限,在不同区域进行点火求解爆燃结果,通过比较给出推荐的点火时间和点火方位。该研究成果可对井喷失控蒸气云爆燃危害性进行预测,有助于指导井喷失控进行点火放喷工作,避免爆燃事故的发生。     

PLS-BP法定量分析火灾中的常见有毒有害气体

针对火灾和材料燃烧中常见的有毒有害气体,选取低浓度的CO、CO2、NO、NO2、SO2、HCl、HBr、HCN八种典型气体同时进行定量分析。基于傅里叶变换红外光谱技术(FTIR),设计可靠实验系统和实验过程控制,准确得到气体的光谱数据。通过合理去除干扰光谱区间、筛选样本、选择模型参数等,建立BP-PLS回归模型,并对未知样本进行预测,各组分的校正误差均方根RMSEC达到4×10-6以下,预测可决系数R2均达到0.95以上。通过将PLS-BP模型与经典的线性模型经典最小二乘(CLS)和偏最小二乘(PLS)进行比较,PLS-BP模型在非线性拟合能力和预测性能两方面明显高于经典线性模型CLS和PLS。     

初始瓦斯浓度对爆炸温度影响实验研究*

为探索瓦斯爆炸过程中温度变化规律,基于球形爆炸实验,研究不同初始瓦斯浓度条件下爆炸温度及爆炸温度与爆炸压力之间的相互作用关系。结果表明:随初始瓦斯浓度升高,在6.5%(低浓度)、9.5%(当量浓度)、12%(高浓度)时出现爆炸温度极大值,分别为995,932,1 153 K;爆炸过程中温度延迟时间及升温时间与初始瓦斯浓度曲线均呈U型变化,当初始瓦斯浓度约为9.5%(当量浓度)时,温度延迟时间及升温时间变化较小;当初始瓦斯浓度在爆炸上限浓度（16%）和下限浓度（5%）附近时,受瓦斯浓度影响变化较大;初始瓦斯浓度在9.5%时,瓦斯爆炸过程中的压力波促进火焰燃烧波的反向传播,出现二次升温现象。研究结果可为完善瓦斯爆炸温度变化机理、提高灾害防控技术提供依据。     

基于20 L球罐的多相混合物扩散模拟

为更好地探索多相混合物的爆炸特性，以铝粉、乙醚、空气为研究对象，基于20 L球型爆炸罐建立三维计算模型，对气固两相和气液固三相混合物的分散过程进行数值模拟，以分析不同多相混合物分散过程的差异，并为测量多相混合物爆炸下限时的点火延迟时间设定提供参考。监测分析铝粉浓度粒子分布、流场内部湍流动能以及液相体积百分数等的演化过程，讨论混合物分散效果的差异，并确定测量爆炸下限的点火延迟时间。研究结果表明:实验工况下，液相的存在会降低粉尘云团的湍流动能、降低其扩散速度，并使粉尘云内部浓度更均匀。测量多相混合物爆炸下限时，三相混合物的最佳点火延迟时间早于气固两相混合物10~20 ms。     

多元可燃气体爆炸极限理论预测模型研究

为准确掌握和预测多元可燃气体的爆炸极限,开展2种多元可燃气体爆炸极限的理论预测模型研究.第1种模型针对"多种可燃气体+多种惰性气体"在空气中或氧气中混合,基于求解可燃气体绝热火焰温度的总比热特性方法以及化学平衡反应中的贫燃料(富氧)反应,提出该多元可燃气体的爆炸下限预测模型;第2种模型针对"可燃气体+惰性气体+氧气"混...