不同孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附特征研究

为探究煤矿瓦斯气体吸附存在的孔隙孔径大小及煤矿瓦斯突出压力定为0.74 MPa的微观原因,采用计算化学材料软件Material Studio对碳材料孔隙孔径进行模型构建,通过Sorption模块计算不同碳材料孔隙孔径对甲烷的吸附情况,得到了单层和双层不同孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附数据,然后用内插法得到0.74 MPa条件下单层和双层孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附量。结果表明:单层和双层碳材料孔隙孔径对甲烷吸附的最佳孔径分别是10和8;0.74 MPa条件下不同孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附量均在75%以上,对于最佳孔径甚至在90%以上。     

甲烷/空气预混气体泄爆过程的动力学研究

以甲烷/空气为研究对象,建立小尺寸管道气体爆炸实验平台,利用高速纹影技术,探测了泄爆过程中预混气体火焰在管道内的传播特性,并得出流场压力、火焰传播速度变化曲线;同时建立k-ε模型,对管道内甲烷/空气预混气体泄爆过程进行模拟,得到数值模拟情况下的流场压力和火焰传播速度变化曲线.模拟图像和实验图像变化趋势大体一致.     

超临界状态下中高阶变质煤吸附甲烷特性研究

为揭示中高阶变质煤对超临界甲烷的吸附特性,更准确预测深部煤层气资源量和评判煤层气(瓦斯)抽采效果,选取4个矿区不同变质程度中高阶煤样,采用重量法进行等温吸附试验,并基于过剩吸附理论和Langmuir单层吸附理论,分析甲烷超临界状态下煤吸附甲烷的吸附相密度、吸附甲烷层数和吸附量等吸附特性。结果表明:试验得到的过剩吸附量随压力增大出现峰值;低压状态下,绝对吸附量随压力增加而增大,甲烷在煤表面表现为单分子层排列,接近临界压力4.59 MPa时,增量变缓并趋于稳定,超临界状态下甲烷在煤颗粒表面以单分子层吸附为主,局部逐渐出现2层吸附;同温同压下绝对吸附量与变质程度正相关,无烟煤极限吸附量为中阶烟煤的2倍左右。     

管道燃气爆炸特性实验研究

管道是化工及油气储运系统的重要组成部分,却时常受燃烧爆炸事故的威胁,因此对管道中燃气燃烧爆炸特性与规律的研究就十分必要。以甲烷作为研究对象,采用压力传感器以及火焰传感器等对水平封闭管道内甲烷-空气预混燃烧爆炸进行了实验研究,通过大量实验来研究可燃气体爆炸压力与火焰及其传播变化规律。根据实验结果将超压以及气体燃烧的变化情况,对前驱冲击波与火焰面的相对时间及相对位置关系进行了分析。结果显示,管道中会产生前驱压力波,并超前火焰阵面甲烷气体在管道传播过程中,出现冲击波反压射、波叠加及反冲现象,压力的持续时间较火焰光信号持续时间长。所做的工作为油气受限空间中燃气燃烧爆炸特性与规律的进一步研究及工业防爆抑爆技术及工艺的实施、系统设计以及关键参数计算提供了理论依据。     

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。     

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。     

回形障碍物影响火焰的实验和数值研究

在充满甲烷-空气预混气的方形燃烧管内，对火焰穿过回形障碍物的情形进行了实验研究，拍摄到了障碍物附近流场的时序阴影照片。基于k—ε湍流模型和EBU燃烧模型的同位网格SIMPLE算法，进行了三维数值模拟，绘制了火焰阵面三维视图。根据实验结果和数值计算结果，详细讨论了火焰进入到出离障碍物这一过程中，回流区、剪切层、湍流以及火焰形状等的变化特征。     

金属丝网对甲烷/空气预混火焰管道内传播的影响

为研究管道内金属丝网对甲烷/空气预混火焰传播的影响,通过实验和三维数值模拟研究安装金属丝网的管道内火焰传播特性以及流场、温度场的变化。结果表明:40目4层的金属丝网可以使火焰淬熄,30目4层的金属丝网无法淬熄,但可以使火焰停滞3 ms;大涡模型可以很好地对管道内火焰淬熄现象进行模拟;当火焰穿过30目4层金属丝网时,速度增大,在Kelvin Helmholtz不稳定和Rayleigh Taylor不稳定的耦合作用下形成湍流;金属丝网的目数会影响热量在丝网层中的扩散,当金属丝网为30目4层时,火焰热量扩散快,而当金属丝网为40目4层时,火焰热量扩散慢且温度大幅度衰减,衰减率达到83%。     

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。     

水雾对气体火焰传播特性影响的实验研究

本文利用自行设计的传播火焰喷雾抑制实验系统研究了水雾对甲烷火焰传播特性的影响.结果表明,在一定范围内水雾对甲烷火焰传播的抑制效率随着水流量和火焰前方流场中水雾区流体速度的增加而增加.在甲烷爆炸反应过程中,水作为第三体或惰性液滴破坏其中的链载体,从而降低了甲烷爆炸的反应能力.