本文選題：超細(xì)水霧　切入點(diǎn)：瓦斯爆炸　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：煤炭是我國(guó)重要的工業(yè)能源之一,為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。但是，煤礦頻發(fā)的瓦斯煤塵爆炸事故,極大的影響了我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)的安全高效運(yùn)營(yíng)和健康發(fā)展,也使得煤礦安全成為我國(guó)最受關(guān)注的安全問(wèn)題之一。煤礦井下是一個(gè)瓦斯和煤塵共存體系,煤礦瓦斯爆炸事故所造成的嚴(yán)重后果很多情況下是瓦斯爆炸的沖擊波揚(yáng)起了沉積的煤塵,形成了危險(xiǎn)性更大的瓦斯、煤塵混和爆炸。細(xì)水霧作為一種綠色高效滅火劑,被廣泛應(yīng)用于建筑、工業(yè)等許多場(chǎng)所。目前大部分研究者認(rèn)為粒徑小于20μm的細(xì)水霧可以稱為超細(xì)水霧,超細(xì)水霧具有能夠撲滅具有障礙物的火災(zāi)和隱蔽火災(zāi)的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于超細(xì)水霧滅火機(jī)理的研究已經(jīng)有很多學(xué)者在開(kāi)展,但是目前缺少關(guān)于超細(xì)水霧抑制爆炸的研究資料。并且超細(xì)水霧霧滴粒徑均勻、懸浮性好、霧通量控制方便,霧滴速度小,可有效的避免霧滴流場(chǎng)對(duì)抑爆的影響等。因此,開(kāi)展超細(xì)水霧抑制瓦斯煤塵爆炸特性的研究,具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。 本文通過(guò)自行研制的小尺度模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)開(kāi)展研究了不同煤塵濃度、煤塵粒徑、瓦斯?jié)舛�、混合氣體初始?jí)毫ο碌耐咚姑簤m混合爆炸的最大爆炸壓力和壓力上升速率、爆炸火焰溫度等特征參數(shù),為超細(xì)水霧抑爆試驗(yàn)做參考和對(duì)比,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：混合爆炸的最大爆炸壓力、壓力上升速率均隨著煤塵濃度的增加先增加后減小,存在一個(gè)煤塵濃度使得最大爆炸壓力和壓力上升速率均達(dá)到最大值,偏離這個(gè)煤塵濃度值,最大爆炸壓力和壓力上升速率將逐漸減�。和瑫r(shí),火焰溫度、爆炸壓力、壓力上升速率均隨著煤塵粒徑的增大而減小,說(shuō)明煤塵粒徑越大,比表面積越小,和氧氣反應(yīng)越緩慢,使得混合爆炸的強(qiáng)度變��；另外,隨著瓦斯?jié)舛冉咏谕咚箍諝夥磻?yīng)的化學(xué)當(dāng)量比濃度,瓦斯燃燒放出的熱量逐漸增加,引起爆炸火焰溫度、最大爆炸壓力、壓力上升速率逐漸上升。 為了研究超細(xì)水霧對(duì)混合爆炸抑制作用的規(guī)律和機(jī)理,本文開(kāi)展了超細(xì)水霧抑制瓦斯煤塵混合爆炸以及煤塵濃度和煤塵粒徑對(duì)細(xì)水霧抑爆效率影響的小尺度實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在一定的條件下,爆炸壓力、壓力上升速率都隨著超細(xì)水霧霧通量的增大而減小,超細(xì)水霧的吸熱作用,稀釋氧氣作用以及對(duì)煤塵粒子的吸附作用,使混合爆炸的發(fā)展受到抑制；同時(shí)超細(xì)水霧完全抑爆的臨界水霧量隨著煤塵濃度和煤塵粒徑的增加而減少。由于氣體湍流度的強(qiáng)度對(duì)混合爆炸強(qiáng)度的(?)響極大,為了最大程度的減少初始?xì)饬魍牧鞫葘?duì)爆炸的影響,將氣體和煤塵充進(jìn)爆炸管后,延遲5s才開(kāi)始點(diǎn)火。結(jié)果發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火延遲時(shí)間對(duì)超細(xì)水霧抑爆效果有很非常明顯的影響,可以更有效的抑制瓦斯煤塵混合爆炸 根據(jù)礦井巷道內(nèi)存在障礙物的情況,本文實(shí)驗(yàn)考慮設(shè)計(jì)了四種類型的障礙物。通過(guò)小尺寸實(shí)驗(yàn)研究了障礙物條件下的超細(xì)水霧抑制瓦斯煤塵混合爆炸特征參數(shù),并討論了障礙物和煤塵粒徑對(duì)混合爆炸最大爆炸壓力、壓力上升速率、爆燃指數(shù)和臨界水霧量的影響,同時(shí)也比較了施加細(xì)水霧前后最大爆炸壓力的變化,發(fā)現(xiàn)障礙物的形狀、數(shù)量和位置均對(duì)混合爆炸的強(qiáng)度有很大的影響。在阻塞率相同的情況下,邊緣阻塞型障礙物比中心阻塞型障礙物能引起更強(qiáng)的湍流效果導(dǎo)致更大的爆炸壓力和壓力上升速率。由于超細(xì)水霧的加入對(duì)氣體湍流度有強(qiáng)化作用,和障礙物的強(qiáng)化作用疊加到一起,所以當(dāng)超細(xì)水霧霧量小于某一范圍時(shí),混合爆炸出現(xiàn)了強(qiáng)化,只有當(dāng)超細(xì)水霧霧旱增大到一定程度后,混合爆炸的爆炸壓力和壓力上升速率才逐漸減小。 為了直觀的觀察混合爆炸火焰?zhèn)鞑サ膭?dòng)態(tài)過(guò)程,本文采用高速攝影機(jī)拍攝了爆炸的動(dòng)態(tài)過(guò)程,分析發(fā)現(xiàn),在未添加超細(xì)水霧之前,火焰前鋒有非常明顯的脈動(dòng),火焰呈不規(guī)則的卷曲狀,氣體和粉塵充分燃燒爆炸后的火焰顏色呈明亮的白色,隨著燃燒爆炸過(guò)程的進(jìn)行,在爆炸過(guò)程快結(jié)束的時(shí)候,火焰變成橘黃色。加入超細(xì)水霧之后,火焰前鋒呈近似半圓的光滑弧形,脈動(dòng)現(xiàn)象幾乎消失,爆炸火焰顏色呈橘黃色。同時(shí),障礙物的加入使得爆炸火焰的湍流強(qiáng)度明顯增強(qiáng),火焰經(jīng)過(guò)障礙物時(shí)被壓縮,脈運(yùn)非常明顯,并且在障礙物上方出現(xiàn)了很多湍流渦團(tuán),說(shuō)明障礙物的存在確實(shí)使混合爆炸的火焰湍流度加強(qiáng),爆炸反應(yīng)加快,強(qiáng)化了整個(gè)爆炸過(guò)程。添加超細(xì)水霧后,火焰前鋒變得平滑,火焰顏色更加明亮,從橘黃色變成明亮的白色,在障礙物附近可以看到明顯的橘黃色渦團(tuán)。Ⅲ型障礙物起火焰的湍流效應(yīng)是從下面的一個(gè)障礙物中心上一個(gè)障礙物邊緣擴(kuò)展,。而Ⅳ型障礙物引起混合爆炸火焰湍流效應(yīng)是從下面的一個(gè)障礙物整體邊緣同時(shí)向上一個(gè)障礙物擴(kuò)展,在兩個(gè)障礙物之間呈紊亂的湍流結(jié)構(gòu),驗(yàn)證邊緣阻塞型障礙物和中心阻塞型礙物對(duì)混合爆炸火焰?zhèn)鞑ビ绊憴C(jī)制的不同。 同時(shí),本文還采用了La Vision激光流場(chǎng)診斷系統(tǒng)對(duì)障礙物和超細(xì)水霧條件下的混合爆炸流場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量,進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)果的準(zhǔn)確性,也更進(jìn)一步的提示了障礙物和超細(xì)水霧對(duì)混合爆炸的影響機(jī)理。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TD712

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1611041