Experimental investigation on explosion flame propagation of wood dust in a semi-closed tube

In order to explore flame propagation characteristics during wood dust explosions in a semi-closed tube, a high-speed camera, a thermal infrared imaging device and a pressure sensor were used in the study. Poplar dusts with different particle size distributions (0–50, 50–96 and 96–180 μm) were respectively placed in a Hartmann tube to mimic dust cloud explosions, and flame propagation behaviors such as flame propagation velocity, flame temperature and explosion pressure were detected and analyzed. According to the changes of flame shapes, flame propagations in wood dust explosions were divided into three stages including ignition, vertical propagation and free diffusion. Flame propagations for the two smaller particles were dominated by homogeneous combustion, while flame propagation for the largest particles was controlled by heterogeneous combustion, which had been confirmed by individual Damköhler number. All flame propagation velocities for different groups of wood particles in dust explosions were increased at first and then decreased with the augmentation of mass concentration. Flame temperatures and explosion pressures were almost similarly changed. Dust explosions in 50–96 μm wood particles were more intense than in the other two particles, of which the most severe explosion appeared at a mass concentration of 750 g/m³. Meanwhile, flame propagation velocity, flame propagation temperature and explosion pressure reached to the maximum values of 10.45 m/s, 1373 °C and 0.41 MPa. In addition, sensitive concentrations corresponding to the three groups of particles from small to large were 500, 750 and 1000 g/m³, separately, indicating that sensitive concentration in dust explosions of wood particles was elevated with the increase of particle size. Taken together, the finding demonstrated that particle size and mass concentration of wood dusts affected the occurrence and severity of dust explosions, which could provide guidance and reference for the identification, assessment and industrial safety management of wood dust explosions.     

基于小波包熵与AFSA-SVM的压力管道泄漏识别

为了快速、准确地诊断出输气压力管道不同的泄漏状态,提出了一种基于小波包熵与人工鱼群优化支持向量机(AFSA-SVM)相结合的压力管道泄漏模式识别方法。该方法首先对管道泄漏时产生的声发射信号进行小波包分解,并对分解的最后一层节点重构信号进行相关性分析,以获得敏感的节点信号。然后求取这些敏感节点信号的小波包熵值,作为管道不同泄漏信号的特征向量。最后将小波包熵值输入到SVM中,并运用AFSA方法对SVM分类器中惩罚因子C与核函数参数g进行全局优化,以提高其分类准确率。实验结果表明,该方法能准确地识别压力管道不同的泄漏状态,为天然气管道泄漏状态监测提供新方法。     

真三轴加卸载煤样声发射长程相关性特征

为模拟井下应力条件,设计固定轴压卸围压试验,得到煤样破裂过程的声发射结果,并计算不同初始围压及不同卸载速率条件下声发射时间序列的长程相关性特征,以期对煤岩体的破裂做出预警。研究结果表明:不同初始围压及不同卸载速率下声发射实验结果类似,根据声发射累计计数可将声发射变化过程分为线性增长期、平静期以及指数增长期,可以很好地反应煤样的破裂过程;随初始围压和卸载速率的增大,声发射时间序列的Hurst指数随之增大,正相关性增强;Hurst指数与分形维数的动态变化与煤样的失稳破裂过程良好对应,且不同初始围压及卸载速率下,Hurst指数与分形维数的动态变化规律类似,说明其声发射时间序列的宏观产生机制具有内在统一性,可将接近破裂荷载时Hurst指数的增大与分形维数的减小作为煤样失稳破裂的前兆信息。     

基于风量-风压复合特征的通风系统阻变型故障诊断

为了避免风量单一特征进行故障位置诊断的不适定性,提出基于风量-风压复合特征的故障位置诊断方法,实现特征信息的多维互补,提高故障位置诊断的准确度。利用蒙特卡洛方法生成大致满足实际故障风阻值分布的故障仿真样本,为了避免不同变量之间不同量纲、不同数量级造成的数据损失,对原始风量、风压数据进行标准化处理,并分别以风量单一特征、风压单一特征、风量-风压复合特征作为支持向量机（SVM）的输入,构建通风系统阻变型故障位置诊断模型。通过故障模拟实验研究表明:风量、风压单一特征进行故障位置诊断的准确度分别为89.80%,90.34%,风量-风压复合特征进行故障位置诊断的准确度为98.23%,说明风量-风压复合特征进行故障诊断可以消除风量、风压单一特征进行故障诊断的不适定性,提高故障诊断的准确度。     

页岩气压裂管汇弯头的冲蚀磨损影响分析*

为减小管汇弯头所受的冲蚀磨损率,在考虑固液两相流模型、流体控制方程及冲蚀磨损计算模型基础上,建立高压弯头冲蚀磨损数值模型,以现场工况为依据,对压裂液的流动速度、压裂液黏度、质量流量以及颗粒直径进行控制调整,研究高压弯头的冲蚀因素,得出各因素对弯头冲蚀磨损机理,总结各因素对弯头冲蚀磨损规律。结果表明:为减小冲蚀磨损率,提高高压弯头使用寿命,应减小施工压裂液的质量流量、选用直径较小的颗粒、压裂液黏度应为0.014 Pa·s左右;针对高压弯头提出弯径比为2～3、适当增加弯头的壁厚等改进措施。     

高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破增透技术研究及应用*

为解决高瓦斯矿井开采过程中煤体透气性差、瓦斯预抽周期长、抽采效果不佳的难题,提出利用深孔预裂爆破技术提高煤体裂隙发育度,增加煤体透气性,从而提高瓦斯抽采率的方法。通过现场调研、理论分析、数值模拟及工业性试验等方法,分析深孔预裂爆破卸压增透内在机理,确定爆破影响半径为4.5~5.3 m,并在A110605工作面进行现场应用,同时考察煤层增透效果。研究结果表明:煤层爆破致裂后,平均瓦斯抽采浓度提高了2.17倍,平均瓦斯抽采纯量提高了2.02倍,煤层透气性系数提高了近5.3倍,煤层卸压增透效果显著,很大程度上消除了煤与瓦斯突出危险性,为实现工作面的安全开采及正常接替提供了保障。     

碳化砂浆轴向冲击动态力学特性与破碎形态分析

为保证长期使用砂浆在动载作用下的安全性,采用非金属超声波检测仪测量不同碳化龄期试件的纵波波速,引入碳化增强因子η表征碳化深度大小,并利用直径50 mm变截面分离式Hopkinson 压杆试验装置开展不同碳化龄期砂浆冲击动态压缩试验,研究碳化后砂浆的动态力学特性与破碎形态,分析砂浆动态应力—应变曲线、峰值应力和破碎形态随碳化龄期变化规律。结果表明:随着碳化龄期的增长,试件波速呈增大趋势,碳化增强因子η增大,碳化深度增加;碳化龄期相同时,砂浆的动态峰值应力、峰值应变都随着冲击气压的增大而增大;冲击气压相同时,砂浆的动态峰值应力随着碳化龄期的增长而增加;试件的破坏形态主要呈现为压碎破坏与劈裂拉伸。     

海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术

为了有效预测海上气井环空带压油套管柱潜在失效风险及安全管理环空压力,提出1种基于井口压力、温度和液位多参数监测的海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术。首先,结合气井生产状态参数和完井信息,建立气井井筒压力分布计算方法;然后,根据力学知识分析气井环空带压油套管柱应力场特点,进而提出利用环空带压井油套管柱安全系数作为油套管柱失效评价依据;最终,开发海上气井环空带压安全监测系统并开展现场案例井分析。研究结果表明:监测系统能够准确获取环空带压状态参数,通过环空压力状态变化分析阐述“A”环空带压机理为泄漏点处油套管之间压力平衡的保持;结合实际井口环空压力监测数据,井筒安全系数能够实时表征油套管柱安全状态。     

泄爆面特征参数对天然气爆炸超压峰值的影响规律

为揭示泄爆面特征参数对大尺度受限空间内天然气爆炸超压峰值结构的影响机制,基于典型房间特征,借助计算流体动力学技术研究不同泄爆面开启压力、开启时间以及泄压比等参数条件下室内天然气泄爆超压峰值结构的分布规律。研究结果表明:峰值Pb随开启压力和开启时间增加均呈线性增长趋势,而泄压比对Pb影响较小;峰值Pmfa与室内最大火焰面积有关,随开启压力、开启时间的增加和泄压比的减小,气体出流速度增大,进而产生更强的湍流,导致室内火焰面积和气体燃烧率增加,最终Pmfa增大;峰值Pext随泄压比增加呈快速降低趋势,同时开启压力和开启时间对Pext影响具有协同效应,共同促进Pext快速增加。     

新型气流剪切错流旋转填料床的综合性能评判

针对旋转填料床除尘效率低和运行能耗高的问题,通过改变上旋转填料环填料（上填料）和下旋转填料环填料（下填料）的孔隙率,增加填料环直径形成填料床壁面外突实现设备优化,研究超重力因子和气速对气流剪切错流旋转填料床（GSC-RPB）和新型气流剪切错流旋转填料床（NGSC-RPB）的影响,并提出应用品质因子评判填料床综合性能的方法。实验结果表明:优化前后旋转填料床的除尘效率和气相压力随着气速和超重力因子的增加而增加;NGSC-RPB的除尘效率较GSC-RPB有显著提高,NGSC-RPB的气相压降则略有降低;在达到国家超低排放浓度标准即5 mg/m3的前提下,通过对品质因子的分析可知,NGSC-RPB的综合性能有所提高,在气速为1.3 m/s,超重力因子为90~120时NGSC-RPB的综合性能最优。