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瓦斯煤尘共存的爆炸特性与传播研究

作 者: 宋广朋
导 师: 张开智;司荣军
学 校: 山东科技大学
专 业: 安全技术及工程
关键词: 瓦斯煤尘共存 爆炸特性 爆炸传播 实验研究 数值模拟
分类号: TD712
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


运用理论分析、实验研究相结合的手段研究了瓦斯煤尘共存的爆炸特性与传播规律,运用数值模拟研究了瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘的爆炸传播规律。主要工作及研究成果如下:1)瓦斯对煤尘空气混合物爆炸特性的影响程度取决于瓦斯煤尘混合物中煤尘对氧的富有程度;运用热爆炸理论和链式反应理论阐述了煤尘爆炸的机理,通过分析认为,煤尘爆炸是发生在非均质系统中的热爆炸和链式反应的混合过程;对单颗粒煤尘进行受力分析,认为单颗粒煤尘在激波作用下主要受到三种力的影响,即Saffman升力、气动阻力,以及由于湍流作用而引起的附加“漂移力”。2)加入瓦斯,对煤尘空气混合物爆炸特性的影响:煤尘空气混合物最低着火温度变化不大,煤尘最小点火能量有较大幅度的减小,煤尘的爆炸下限有较大幅度的减小,煤尘最大爆炸压力变化不大,煤尘最大爆炸压力上升速度有所增加;在有瓦斯存在的情况下,单一无爆炸性的煤尘能够参与爆炸。因此,只要有瓦斯存在,无煤尘爆炸危险性的矿井仍应加强对煤尘的管理。应用煤炭科学研究总院重庆研究院大型实验巷道进行了瓦斯煤尘共存的爆炸实验,分析实验数据得出:①在煤尘段的前端,爆炸压力峰值呈下降趋势;在煤尘段,压力峰值迅速上升并达到最大值。②瓦斯煤尘爆炸压力峰值的出现时间并不是随着传播距离和压力峰值的增加而依次后延,在铺有煤尘段压力峰值的呈现时间无规则性。③瓦斯煤尘火焰区的长度与煤尘区的长度存在一定的关系,且瓦斯爆炸过程中火焰区的增长长度要大于瓦斯煤尘爆炸。3)运用Fluent数值模拟软件,对瓦斯爆炸诱导沉积煤尘扬起并参与爆炸进行了数值模拟,展现了煤尘扬起的过程。在点火的初始阶段:爆炸火焰以点火区域为中心向四周传播,火焰波偏向右端压力出口;在传播过程中,冲击波波阵面和火焰阵面以一定的传播速度向出口段传播,但冲击波波阵面明显快于火焰阵面,形成两波三区结构。本课题的研究对于如何有效地防治瓦斯煤尘爆炸事故的发生、控制瓦斯煤尘爆炸事故严重程度、指导事故调查具有一定的指导意义。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-21
  1.1 课题背景和意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-19
  1.3 主要研究内容及研究方法  19-21
2 瓦斯煤尘共存的爆炸特性研究  21-36
  2.1 引言  21
  2.2 煤尘爆炸特性参数及其实验方法  21-24
  2.3 瓦斯煤尘爆炸特性实验研究  24-34
  2.4 本章小结  34-36
3 瓦斯煤尘共存的爆炸传播理论研究  36-47
  3.1 引言  36
  3.2 爆炸过程描述  36-37
  3.3 煤尘爆炸机理  37-41
  3.4 沉积煤尘参与爆炸的条件  41-42
  3.5 单颗粒煤尘受力分析  42-45
  3.6 影响煤尘爆炸的主要因素  45-46
  3.7 本章小结  46-47
4 瓦斯煤尘共存的爆炸传播实验研究  47-64
  4.1 引言  47
  4.2 大型巷道实验系统  47-52
  4.3 实验方案及过程  52-54
  4.4 实验结果及分析  54-62
  4.5 本章小结  62-64
5 瓦斯煤尘共存的爆炸数值模拟研究  64-79
  5.1 引言  64
  5.2 模型选取  64-70
  5.3 模型建立与网格划分  70-72
  5.4 初始及边界条件  72-73
  5.5 模拟结果与分析  73-78
  5.6 本章小结  78-79
6 结论与展望  79-81
  6.1 主要结论  79-80
  6.2 问题与展望  80-81
致谢  81-82
攻读硕士期间的主要成果  82-83
参考文献  83-87

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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
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