本文關(guān)鍵詞：瓦斯爆炸火焰湍流特性實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究

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【摘要】：瓦斯爆炸作為最嚴(yán)重的煤礦災(zāi)害事故之一,嚴(yán)重制約著煤礦安全生產(chǎn)。為了有效控制瓦斯爆炸事故的發(fā)生、減小其帶來(lái)的損失,研究瓦斯爆炸傳播規(guī)律,掌握瓦斯爆炸火焰湍流特性成為近年來(lái)的熱門(mén)課題。本文對(duì)障礙物誘導(dǎo)瓦斯爆炸火焰湍流特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究,旨在為掌握瓦斯爆炸傳播規(guī)律、有效控制和減小瓦斯爆炸帶來(lái)的損失提供理論指導(dǎo)。本文結(jié)合礦井實(shí)際,搭建了尺寸為150 mm×150 mm×500 mm透明瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)平臺(tái),從火焰結(jié)構(gòu)、火焰?zhèn)鞑ニ俣取⑼咚贡▔毫θ齻�(gè)方面實(shí)驗(yàn)研究了交錯(cuò)障礙物、障礙物板孔洞形狀對(duì)瓦斯爆炸火焰湍流特性的影響。研究結(jié)果表明:交錯(cuò)障礙物、障礙物板孔洞結(jié)構(gòu)(正多邊形)對(duì)瓦斯爆炸火焰湍流特性具均有重要影響。障礙物交錯(cuò)放置更容易誘導(dǎo)火焰扭曲變形和表面褶皺,從而誘發(fā)高強(qiáng)度湍流,進(jìn)而造成火焰?zhèn)鞑ニ俣燃巴咚贡▔毫Φ奶岣?障礙物的交錯(cuò)放置還會(huì)提升壓力衰減過(guò)程中波動(dòng)效應(yīng),而較強(qiáng)的壓力波動(dòng)對(duì)巷道的破壞作用更為顯著。三角孔障礙物板較方孔和圓孔障礙物板更容易誘導(dǎo)火焰流剪應(yīng)變,并產(chǎn)生更大的火焰柱表面積,即提高火焰與未燃?xì)怏w接觸面積,促進(jìn)火焰湍流,提升火焰?zhèn)鞑ニ俣群捅▔毫?若孔洞面積固定(障礙物板阻塞率固定),瓦斯爆炸火焰湍流強(qiáng)度、傳播速度、爆炸壓力還將隨孔的邊數(shù)的增加而減小。此外,本文構(gòu)建了含擴(kuò)展區(qū)域的幾何模型、亞網(wǎng)格尺度湍流模型及自定義湍流燃燒模型,運(yùn)用大渦模擬對(duì)上述部分實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行了三維模擬。通過(guò)對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果,從火焰結(jié)構(gòu)、火焰?zhèn)鞑ニ俣�、瓦斯爆炸壓力三個(gè)方面驗(yàn)證了Charlette燃燒模型的有效性及適用性。根據(jù)模擬結(jié)果,對(duì)比分析了空管和置障管道內(nèi)火焰結(jié)構(gòu)、流體速度矢量場(chǎng)和流場(chǎng)跡線等特征參數(shù)的變化規(guī)律,探索了障礙物誘導(dǎo)湍流產(chǎn)生的過(guò)程�；诨鹧�?zhèn)鞑ミ^(guò)程中流場(chǎng)跡線的變化及火焰面上渦量的分布規(guī)律,揭示了瓦斯爆炸過(guò)程中火焰與湍流的耦合過(guò)程:爆炸發(fā)生后,燃燒產(chǎn)生的熱量通過(guò)膨脹作用推動(dòng)火焰鋒面前方的未燃瓦斯氣體向開(kāi)口端流動(dòng),并在障礙物的作用下發(fā)生擾動(dòng);隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行,熱量增加,膨脹作用加強(qiáng),未燃?xì)怏w流動(dòng)加快,并迅速在障礙物下游產(chǎn)生漩渦;該漩渦強(qiáng)度逐漸提高,尺寸逐漸增大,并將隨之而來(lái)的火焰卷入其中,產(chǎn)生湍流火焰。研究結(jié)論將對(duì)煤礦井下物品放置規(guī)則、巷道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及豐富和完善瓦斯爆炸理論具一定指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TD712.7

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