置障与泄爆条件下瓦斯湍流爆燃动态特性研究

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瓦斯爆炸事故一直以来都是煤矿安全生产过程中非常严重的事故,如何把握瓦斯爆炸的传播规律,有效地控制瓦斯在爆炸过程中对生命及财产造成的损失一直以来都是亟待解决的问题。近年来,随着爆炸课题研究的进展,针对瓦斯爆燃过程的小规模机理性实验研究逐渐兴起。然而,由于瓦斯爆燃过程的复杂性,以及爆燃过程自身难以预测等特点,该方面的一些机理性研究有待进一步开展。本文通过搭建150mm×150mm×500mm尺寸的有机玻璃腔体实验台,对瓦斯爆燃传播过程的作用机理进行了理论分析及实验研究。  本文采用理论分析、实验测定和数值模拟相结合的方法,对瓦斯爆燃过程进行了研究。通过对腔体内部布置不同数量、角度的障碍物研究了瓦斯爆燃过程中火焰形状、火焰前锋传播速度和爆燃压力的变化规律;通过在腔体出口处安装对开式泄爆板,研究了泄爆过程中相应参数的变化规律,以及泄爆板的开启规律;最终,对障碍物数量发生变化的工况下的瓦斯爆燃过程进行了数值模拟,进一步揭示了瓦斯爆燃过程中未燃气流与火焰前锋相互作用的规律。  通过对实验过程中测定的数据进行分析可知,障碍物数量和安装角度对瓦斯爆燃过程中各参数的变化影响较大。随着障碍物数量的不断增多,火焰前锋的传播速度和爆燃压力均不断增大,火焰的结构也随着湍流作用的增强而呈献复杂的变化;障碍物与壁面之间夹角越接近90°,火焰传播过程中的速度和压力变化越剧烈。障碍物与壁面之间的夹角对未燃气体在传播过程中受障碍物结构作用形成的涡流影响较大;随着障碍物数量或预混气体当量浓度不断增加,火焰传播速度和腔体内爆炸压力均不断升高,其中气体当量浓度不仅对爆炸过程中压力峰值有影响,同时对火焰前锋的传播时间也有较大影响;对开式泄爆板的角度转动程度随着障碍物数量的增加而加快,当量浓度的变化对泄爆板转动角度的影响较为显著。数值模拟的结果表明:当火焰前锋在传播过程中横向发展时,在轴向的传播速度将会减小;火焰锋面拉伸与褶皱程度较深的位置,相应的旋度值也比较高。  本文研究内容将对瓦斯爆燃的传播机理进行相应的补充,同时对腔体泄爆方面的设计具有一定的参考价值。
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