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立体障碍物对瓦斯爆炸影响的实验研究

作　者: 孟璐
导　师: 谭迎新
学　校: 中北大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 爆炸压力 火焰传播速度 立体障碍物 瓦斯爆炸
分类号: TD712.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


瓦斯爆炸是煤矿普遍存在的最大灾害。近年来我国矿井瓦斯爆炸事故频繁发生,给人民的生命和财产都造成巨大损失,而几乎所有的爆炸现场都有类似机械设备的障碍物,正是这些障碍物的存在,使爆炸形成更大的威力,造成更大的损失。但是,由于火焰传播方向上的障碍物往往具有立体结构,因此有必要研究立体障碍物对巷道内瓦斯爆炸的影响。本文主要采用实验手段,通过运用安全技术中心自行设计的管道式气体-粉尘爆炸测试装置,研究了不同立体障碍物对预混甲烷-空气混合气体爆炸过程中火焰传播速度和爆炸压力的影响。实验选用长方体、三棱柱和圆柱三种立体障碍物,且每种障碍物的阻塞率都有20%、40%和60%。本次研究的主要工作和结论如下:(1)立体障碍物对管道内爆炸压力和火焰传播速度的影响有明显的差异。与无障碍物相比,立体障碍物对甲烷-空气混合气体爆炸有显著的增强作用。即便阻塞率很小,爆炸压力和火焰传播速度也明显增大。(2)随着立体障碍物阻塞率和数量的增加,火焰速度急剧增大,爆炸压力明显增强,说明障碍物、湍流与火焰加速三者具有正反馈作用。当障碍物个数为2个时,管内出现最大爆炸压力和最大火焰传播速度。然而,当立体障碍物的数目继续增加时,火焰速度和爆炸压力都相应变小,说明立体障碍物存在加速极限值。(3)在相同阻塞率下,对于不同立体结构的障碍物,正方体对爆炸的加剧作用最强,圆柱的加剧作用最弱,三棱柱的效果处于它们中间。本文的研究工作为煤矿瓦斯爆炸的防治以及工业安全的设计提供参考。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 选题背景和研究意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 实验研究现状  10-12
    1.2.2 数值模拟现状  12-13
    1.2.3 研究现状的不足  13-14
  1.3 本文研究思路和方法  14-16
    1.3.1 研究思路  14
    1.3.2 研究方法  14-16
2 瓦斯爆炸传播过程理论  16-28
  2.1 瓦斯爆炸的基本认识  16-21
    2.1.1 瓦斯  16-17
    2.1.2 瓦斯爆炸  17
    2.1.3 瓦斯爆炸的基本条件  17-19
    2.1.4 瓦斯爆炸界限及影响因素  19-21
  2.2 瓦斯爆炸的反应原理  21-24
    2.2.1 瓦斯爆炸的主要化学反应  21-22
    2.2.2 瓦斯爆炸的链式反应  22-24
  2.3 瓦斯爆炸的参数  24-26
    2.3.1 瓦斯爆炸源的特征  24
    2.3.2 瓦斯爆炸的特征  24-26
  2.4 爆燃转爆轰理论  26-27
  2.5 本章小结  27-28
3 实验研究及实验结果  28-39
  3.1 实验装置  28-36
    3.1.1 实验管道  28-30
    3.1.2 爆炸压力测试系统  30-32
    3.1.3 火焰传播速度测试系统  32-33
    3.1.4 高压点火系统  33-35
    3.1.5 配气系统  35-36
  3.2 障碍物设计  36-37
  3.3 实验步骤及测试点分布位置  37-38
  3.4 本章小结  38-39
4 实验研究及实验结果  39-54
  4.1 管道内立体障碍物对爆炸压力的影响  39-48
    4.1.1 立体障碍物对爆炸压力的影响  39-42
    4.1.2 立体障碍物阻塞率对爆炸压力的影响  42-44
    4.1.3 立体障碍物形状对爆炸压力的影响  44-46
    4.1.4 立体障碍物个数对爆炸压力的影响  46-48
  4.2 立体障碍物对火焰传播速度的影响  48-53
    4.2.1 立体障碍物对火焰传播速度的影响  49-50
    4.2.2 立体障碍物阻塞率对火焰传播速度的影响  50-51
    4.2.3 立体障碍物形状对火焰传播速度的影响  51-52
    4.2.4 立体障碍物数目对火焰传播速度的影响  52-53
  4.3 本章小结  53-54
5 结论  54-57
  5.1 结论  54-55
  5.2 创新点  55
  5.3 不足与展望  55-57
参考文献  57-61
攻读硕士期间发表的论文  61-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山安全与劳动保护 > 矿井大气 > 矿井瓦斯 > 瓦斯爆炸的预防与处理
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