点火延迟时间对CO_(2)-超细水雾的抑爆特性影响

利用20 L球爆炸实验平台,系统研究了不同点火延迟时间对CO_(2)-超细水雾抑制瓦斯/煤尘爆炸特性的影响。结果表明:相比单一抑爆,在CO_(2)-超细水雾作用下,随着点火延迟时间延长和水雾浓度增大,瓦斯/煤尘爆炸强度削弱,火焰传播速度降低,火焰亮度降低且出现下沉现象,火焰内部煤尘粒子运动状态由向心运动向旋转运动转换。10%CO_(2)、306 g/m3超细水雾时,在1500 ms点火延迟时的最大爆炸压力和最大压力上升速率比无水雾时分别降低了6.79%和16.14%,最大爆炸压力来临时间延长了24.47%;10%CO_(2)、204 g/m^(3)超细水雾下,在2000 ms点火延迟时的最大爆炸压力和火焰平均速度比1000 ms点火延迟时分别降低了5.22%和37.5%,最大爆炸压力来临时间延长24.66%。研究结果为气液两相抑爆剂抑制瓦斯/煤尘爆炸控制参数的确定提供了技术指导。

三元混合气体燃料爆炸特性实验研究

利用定容燃烧弹爆炸实验平台结合高速纹影摄像技术,系统研究了组分浓度和当量比对氢气/二甲醚/甲烷三元混合气体燃料爆炸特性的影响。结果表明:平均火焰传播速度Sa随氢气浓度X_(H_(2))的增加单调递增,随二甲醚浓度X_(DME)和甲烷浓度X_(CH_(4))的增加单调递减。压力峰值p_(max)与X_(H_(2))的关系受到当量比φ的强烈影响,当φ=0.8、1.0和1.2时,p_(max)随XH_(2)先缓慢线性增加然后快速增加;而当φ=0.6、1.4和1.6时,p_(max)始终线性增加;同时,p_(max)随X_(CH_(4))线性递减,而随X_(DME)的变化可分为两个时期。XH_(2)与最大压力上升速率(dp/dt)_(max)呈正相关关系,XCH_(4)与之呈负相关关系,而X_(DME)对(dp/dt)_(max)的影响不大。燃烧时间t_(c)与X_(H_(2))和XCH_(4)存在线性关系;而X_(DME)对tc的影响较为复杂,与φ有关。

甲烷/石墨粉与甲烷/煤粉爆炸特性对比研究

借助20 L球形爆炸系统研究了甲烷/石墨粉和甲烷/煤粉复合体系爆炸特性异同,结果表明:甲烷浓度对甲烷/石墨粉和甲烷/煤粉两相体系的爆炸特性有重要影响,当甲烷的浓度为6%(体积)时,随着石墨粉粒径的增加,甲烷/石墨粉体系的压力曲线由单峰转为双峰,三种粒径的石墨粉(D50:7、18、75μm)浓度分别在60、200、30 g/m^(3)达到爆炸压力最大值0.691、0.657、0.611 MPa;甲烷/煤粉体系则在400 g/m^(3)达到最大值0.724 MPa,高于甲烷/石墨粉体系。当甲烷浓度接近当量比时,三种粒径石墨粉的爆炸压力峰值均呈现逐渐减小的趋势,石墨粉的粒径越小,甲烷/石墨粉两相体系的爆炸压力峰值越小,甲烷/石墨粉体系在质量浓度为10 g/m^(3)时达到最大值;甲烷/煤粉体系的爆炸压力则在60 g/m^(3)时达到最大值0.776 MPa。甲烷浓度由6%增加至9%时,甲烷/石墨粉和甲烷/煤粉的爆炸火焰由不规则形状转为近似球形发展,火焰表面褶皱消失,同时两相体系的爆燃指数显著增高,当粉尘质量浓度大于30 g/m^(3)时,甲烷/煤粉的爆燃指数大于甲烷/石墨粉体系,这是由于煤粉挥发分含量高,燃烧更为充分,且焦炭参与了爆炸过程;石墨粉本身的挥发分含量低,含碳量远超过煤粉,爆炸中仅有少部分石墨粉参与了爆炸。研究结果将对气粉两相混合物爆炸防治提供指导。

CO_2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性研究

为了解CO_2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性,用自行搭建的实验系统,从超压、火焰传播速度和火焰结构3个方面研究了CO_2-超细水雾形成的气液两相介质对9.5%瓦斯/煤尘复合体系爆炸的抑爆效果、影响因素与原因。研究结果表明:随着CO_2体积分数和超细水雾质量浓度的增加,爆炸火焰最大传播速度、爆炸超压峰值均出现明显下降,火焰到达泄爆口时间显著延迟;尤其当CO_2体积分数达到14%与超细水雾的共同抑爆效果凸显,瓦斯/煤尘复合体系爆炸超压的"震荡平台"消失,同时火焰结构呈现"整体孔隙化"。所得结论为煤矿井下高效防爆抑爆技术进行了完善和增强。

CO_2-超细水雾对CH_4/Air初期爆炸特性的影响

为了研究CO_2和超细水雾对9.5%甲烷/空气初期爆炸特性的影响,采用高速纹影系统和定容燃烧弹对9.5%甲烷/空气初期爆炸特性进行了研究。分别改变CO_2稀释体积分数和超细水雾质量浓度,分析在二者单独和共同作用下球形火焰传播过程、火焰传播速度和爆炸超压的变化规律。结果表明:58.3g/m^3超细水雾增强了火焰不稳定性,促进了火焰加速和爆炸超压增加,表明超细水雾不足能产生促爆作用,只有当超细水雾充足时才会抑制甲烷爆炸;CO_2和超细水雾共同作用时能避免因超细水雾带来的促爆现象,可以明显减弱火焰不稳定性,减小火焰传播速度,降低爆炸超压和平均压升速率,以及明显推迟超压峰值来临时间。

气液两相介质抑制管道甲烷爆炸协同增效作用

瓦斯抽采管道一旦泄漏或受到外部火源波及,极有可能引发爆炸事故。基于自行搭建的惰性气体-超细水雾惰化抑制可燃气体爆炸试验系统,研究了气液两相介质抑制9. 5%甲烷/空气预混气爆炸的影响因素和协同作用规律,并分析了其抑爆协同增效的原因,提出气液两相介质抑爆存在相间耦合作用。实验结果表明:在CO_2,N_2,He和Ar四种惰性气体与超细水雾的共同作用下,气液两相介质对9. 5%甲烷/空气预混气爆炸超压、火焰传播速度和最大火焰温度的抑制均表现出明显的协同增效作用。当4种惰性气体稀释体积分数达到14%、细水雾通入量8.4mL(质量浓度694. 4 g/m^3)后,均能对9. 5%甲烷/空气爆炸产生良好的抑制效果;控制参数继续增加,抑爆增效作用的增长幅度缩小;其中CO_2与超细水雾下的协同抑爆效果最好,N_2次之,He,Ar与超细水雾的协同抑爆水平相差不大,为清洁、高效惰化细水雾抑爆技术的应用提供了技术指导。

燃料物性参数对瓦斯煤尘复合爆炸的耦合作用

为研究瓦斯煤尘复合爆炸影响因素的耦合规律,对煤粉质量浓度、甲烷体积分数、煤粉粒径、煤粉种类等4种影响因素进行了多因素与单因素实验分析。通过正交实验,将各因素对爆炸的影响进行了定量分析,结果表明,4个因素对最大爆炸压力p_(max)的影响由强到弱依次为:甲烷体积分数、煤粉质量浓度、煤粉种类、煤粉粒径;对最大爆炸压力上升速率(dp/dt)_(max)的影响程度由强到弱依次为:甲烷体积分数、煤粉质量浓度、煤粉粒径、煤粉种类。对于体积分数为9%、11%的甲烷,复合体系的p_(max)随煤粉的质量增加而减小。当煤粉质量浓度增加到100、200 g/m3时,在与体积分数为6%的甲烷耦合作用下,会产生更强的“激励”作用,且煤粉浓度较大时,挥发分低的煤种最佳瓦斯浓度会降低。甲烷体积分数存在临界值,该临界值会改变挥发分因素的影响方式:低于此临界值时,高挥发分煤尘体系的(dp/dt)_(max)更高,(dp/dt)_(max)来临时间更短;高于此临界值时,低挥发分体系具有更高的爆炸强度。粒径影响挥发分的作用,粒径越大,挥发分的影响差异越明显。当甲烷体积分数为11%时,挥发分高的煤尘更容易受粒径的影响,直径小的煤尘体系,爆炸系数Kst更小;而低挥发分煤粉在甲烷体积分数接近当量时受粒径影响更明显。

N_(2)/超细水雾抑制甲烷爆炸点火和火焰传播特性

为了提高细水雾的抑爆效果,采用定容燃烧弹和点火能精密控制仪,通过改变N_(2)/超细水雾浓度,研究了单一抑制剂和两者共同作用对甲烷/空气爆炸最小点火能、火焰传播行为及不稳定性的影响,并采用化学动力学软件对其抑爆机理进行了探讨.结果表明:加入N_(2)/超细水雾后,甲烷/空气预混气最小点火能显著增大,爆炸超压和最大压升速率降低,压力峰值来临时间和火焰形成时间延长,火焰明显上浮,火焰胞格数量减少,马克斯坦长度增加,降低火焰传播速度的能力显著提高,说明N_(2)/超细水雾共同作用时能更好地抑制甲烷/空气爆炸初期火焰不稳定性,对火焰传播的抑制效果优于单一抑制剂,有效预防火焰加速甚至爆轰.N_(2)/超细水雾可以有效降低H·,O·,·OH等活泼自由基的生成速率峰值和摩尔分数,温度敏感性系数绝对值大幅度降低,说明二者共同作用时能有效降低预混气的爆炸敏感性和爆炸强度,有效抑制甲烷/空气预混气的点燃与爆炸链式反应的进行.