直线管道煤尘爆炸火焰传播规律的试验研究

为提供煤尘爆炸事故预防和缓解所需的科学依据,对煤尘爆炸火焰传播过程进行试验研究。所用试验装置,其主要部分为直径0.3 m的圆形管道与断面边长为80 mm的方形管道对接形成的一个长2 m的爆炸腔体。在其中共进行9次煤尘爆炸试验。结果表明,煤尘爆炸火焰传播具有速度快,波动大,稳定性较差的特点,火焰区长度远大于扬尘区长度,最大火焰速度和传播距离与煤尘量均不存在正比例关系,但存在一个特定的煤尘质量浓度。在这个特定质量浓度处,最大火焰速度达到最大值。当煤尘质量浓度大于这个特定质量浓度时,火焰传播速度曲线整体下降,暂时缺氧被认为是导致这一情况的重要因素。     

纵向通风条件下对隧道内烟气运动影响因素的实验研究

通过在中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室进行的小尺寸隧道火灾实验,研究了不同坡度、火源功率以及纵向烟控风速对隧道内烟气运动的影响。结果表明:隧道坡度、火源功率与纵向烟控风速的大小对烟气层沉降都有着重要的影响。坡度越大烟气所受到的浮升力越大,冷空气的卷吸能力越强,因此烟气降温越快,烟气沉降速度也越快。纵向烟控风速越大,烟气层冷却越快,从而越易沉降。火源功率越小,供给烟气层的对流热量越少,烟气层温度越低,浮力越小,则烟气层越易沉降。     

饱和土介质中爆炸波传播的时间特征试验研究

介质中的波速变化规律在很大程度上反映了介质的物理力学特征。本文对在Φ90 0平面波加载器中进行的饱和土试验所反映的波速变化规律进行了深入的分析。试验表明 ,在比较小的爆炸波荷载作用下饱和土中的压力波速可以从约 5 0m/s上升到 4 75m/s,同时饱和土的体积应力应变关系在比较小的爆炸波荷载作用下便会呈现递增硬化特征 ,并与非饱和土介质存在很大的区别。认识这些现象对饱和土本构关系的研究非常有益 ,对了解饱和土中波的传播规律和确定地下结构上的荷载也有很大的帮助     

基于ADAMS的机械式内割刀切割失效影响研究

割刀常因振动而折断刀片,造成切割设备失效,影响施工安全。为降低ND-J114型号机械式内割刀的事故率提高割刀使用寿命,采用多体动力学的方法,利用ADAMS软件对其切削套管的过程进行动态模拟,在不同钻压和转速情况下,对割刀切削力和角加速度的变化规律进行分析,从割刀振动的角度出发,通过降低割刀的振动来降低刀片折断的风险。分析结果表明:割刀在切削套管的过程中最优钻压为4 800 N,割刀运转平稳;切削力的大小跟钻压近似于成正比关系;割刀最优转速为29 r/min,割刀运转平稳;切割转速在10~30 r/min时,切割效果较好,切割设备越不易折断;转速对切削力大小的影响较小。     

突扩巷道流场风流分布特征的PIV实验研究

针对传统接触式瞬时速度测量方法的局限性,采用非接触测量技术粒子图像测速仪（PIV）获得了突扩巷道流场纵向截面风流分布特征。实验表明:瞬态风流分布“瞬息万变”,而时均流场中,突扩前平直巷道时均速度流线基本呈平滑直线,突扩后上下隅角有大涡存在,但呈现不对称分布,并且涡流区内风流方向极不稳定,且风速值相对于主流风速很低,约在-0.6~0.6 m/s之间波动,表明在煤矿井下测风时可以有条件地忽略涡流区;受突扩大涡湍流脉动影响,风流在距离突扩界面150 mm处开始呈现上扬趋势,突扩断面纵对称轴上风速分布峰值拐点发生了震荡性偏移;当下隅角回流区结束后,风速分布峰值拐点渐渐下移并逐渐呈现对称趋势,回流区内断面风速整体呈现出“Ω”型分布形式。为井下更为复杂的风流湍流流动研究提供了实验理论基础。     

湿润剂表面张力对硫化矿尘吸湿效果的影响

采用毛细管反向渗透实验装置,以湿润剂表面张力为衡量指标,通过分析3种硫化矿尘在十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、十二烷基磺酸钠(SDS)、十二烷基硫酸钠(K12)3种阴离子表面活性剂中的吸湿效果,比较得出3种表面活性剂湿润性能大小。利用ZISMA图得出表面活性剂在3种硫化矿表面铺展的临界表面张力值,并探究其值对湿润行为和湿润效果的影响。研究表明:3种阴离子活性剂的湿润性能SDBS＞SDS＞K12,湿润剂在3种硫化矿表面铺展的临界表面张力分别为27.3,26.6,26.0 mN/m,且吸湿增重和吸湿速度的峰值是受铺展润湿作用的影响。     

上游建筑对街道峡谷内流场和污染物分布特征的影响

利用数值模拟方法研究了不同的上游阻挡建筑布局下,行列式和错列式街谷内气流速度和污染物浓度场特征.结果指出,阻挡建筑的存在改变了街谷内的二次流,从而对流场和浓度场均有明显影响.在行列式街谷中,无论上游建筑以何种布局存在,都会减小街谷内污染物浓度.若不考虑上游建筑的存在,将会过高估计行列式街谷内污染程度;在错列式街谷中,与街谷建筑并列的上游阻挡建筑会减小街谷内污染物浓度,而与街谷建筑错列布置的阻挡建筑会增大街谷内污染物浓度;数值模拟结果还表明,街谷内污染物的扩散和清除效果受气流速度和涡流特性的共同作用.     

管道内瓦斯爆炸传播的试验研究

运用大型试验管道对瓦斯爆炸传播规律进行试验研究,并对瓦斯爆炸压力峰值、火焰速度和呈现时间进行分析,得出:在不出现爆轰的前提下,爆源点附近的压力峰值是全管道的最大值;爆炸压力峰值在沿管道的传播过程中从爆源点附近是先增大后减小,然后再逐渐增大且压力峰值最早呈现在出口附近;火焰传播速度随着传播距离的增大而逐渐增大且在爆炸初期增大速率更快;瓦斯浓度对爆炸压力峰值、火焰传播速度和呈现时间等都有重要影响。     

立体结构障碍物对甲烷预混火焰传播影响的研究

使用自行设计的火焰加速试验系统,研究了3种立体结构障碍物对管道内预混火焰传播速度和超压的影响。选用长方体、正四棱柱和圆柱,其阻塞比均为40%。结果表明,管道内障碍物对火焰传播的初始阶段起阻碍作用,当火焰越过障碍物后,障碍物加速火焰传播过程。有障碍物时管道内最大火焰传播速度和峰值超压比无障碍物时要大。随着点火距离的增大,管道中最大火焰传播速度和超压先变大后减小。当障碍物位于约6倍管径处时,对管道中火焰传播速度和超压影响最大。点火距离的改变对火焰传播速度的影响大于对管道内超压的影响。     

水环境承载力约束下区域城镇化发展合理速度分析

城镇化发展在促进区域社会经济快速发展的同时也导致水环境问题日益严峻。基于区域水环境承载力探讨了城镇化发展合理速度的计量方法:①构建城镇化进程中水环境承载力评价系统,分析城镇化子系统及水环境承载力子系统的基本要素,建立评价指标体系;基于评价指标,利用向量模法测算水环境承载力综合评价值。②构建水环境承载力约束下的区域城镇化发展合理速度分析模型。③根据不同城镇化发展速度、政府不同管制力度设置9种组合情境,在对相关评价指标进行预测的基础上,分别测算不同情境下的水环境承载力综合评价值;通过“阈值”门槛筛选出合理情境,确定区域城镇化发展速度的合理范围。以经济实力强、城镇化水平高、水环境压力大、制度相对健全的江苏省作为研究区域进行实证分析,测算了2006—2017年江苏省水环境承载力综合评价值,以及2030年9种组合情境下的江苏省水环境承载力综合评价值。获得如下研究结论:①2006—2017年间江苏省水环境承载力虽呈现一定的波动,但2013年以后随着政府管制力度的加强,总体上呈现良好的上升态势,但水环境承载力下滑的压力已开始显现。②2030年9种组合情境中,只有“中/强”“低/强”“低/保持”满足水环境承载力阈值标准。结果表明:到2030年,政府对水环境管制力度“强”的情形下,江苏省城镇化发展可以维持1.0%~1.2%的年增长率;政府对水环境管制力度“保持”的情形下,江苏省城镇化发展只能维持1.0%的年增长率,并据此提出了政策建议。