立体障碍物对瓦斯火焰传播规律的影响研究

为研究立体障碍物对管道瓦斯燃烧特性影响,改变阻塞比(0%、30%、40%、50%、60%、70%、80%和90%),通过高速摄影和压力传感器记录管道瓦斯火焰传播过程和火焰峰面压力-时程曲线,探究不同阻塞比管道瓦斯火焰传播规律。研究结果表明,管道火焰传播速度和锋面超压整体上随着传播距离增加而增大;火焰传播速度和锋面压力均随着阻塞比增加先增大再减少。

半封闭空间内氢化镁粉尘爆炸火焰的传播特性

在自行搭建的5 L粉尘爆炸火焰传播特性实验装置中,实验研究了半封闭空间内氢化镁(MgH_(2))粉尘爆炸火焰的传播特性。实验结果表明:随MgH_(2)粉尘浓度的提高,MgH_(2)粉尘爆炸火焰由点火至稳定传播所用时间先缩短后延长以及预热区宽度先减小后增大,火焰亮度、锋面平滑度、及火焰传播速度呈先提高后降低的趋势,并在质量浓度为800 g/m^(3)时呈最佳燃烧状态。不同浓度的MgH_(2)粉尘爆炸火焰传播瞬时速度整体呈波动趋势,波动幅度随浓度的提高而先减小后增大,800 g/m^(3)时波动幅度最小,瞬时传播速度变化趋势随浓度的变化呈现不同的变化趋势。最后,根据MgH_(2)爆炸产物的XRD测试结果,分析MgH_(2)粉尘爆炸反应机理,发现MgH_(2)粉尘爆炸是以MgH_(2)燃烧反应为主并伴随有MgH_(2)和Mg(OH)2分解以及Mg和H_(2)氧化等多个总包反应的复杂过程,爆炸反应的最终产物为MgO。

竖直管道内三种粉体抑爆剂对聚乙烯燃爆火焰传播的影响

研究粉体抑爆剂抑制聚乙烯粉尘爆炸火焰传播特性对工业粉尘爆炸防治具有重要意义。基于此,利用自主搭建的爆炸火焰抑制管道实验系统开展了质量浓度1000 g/m^(3)聚乙烯粉及其与不同占比ABC粉、MPP粉和MCA粉的混合爆炸研究,并利用同步热分析对粉体抑爆剂影响聚乙烯粉的热解过程进行了探究。结果表明:三种抑爆剂的抑制效果中ABC粉最佳,当ABC粉占比为10%,MCA和MPP的占比为15%时火焰可以传播,继续添加抑爆剂粉则不会发生爆炸。当混合体系中分别加入20%的ABC、MCA和MPP时,聚乙烯粉的初始分解温度由约286℃分别降低至约267、271、270℃,说明粉体抑爆剂会与聚乙烯竞争体系热量用于自身分解,从而通过物理化学作用对爆炸起到抑制效果。研究结果对粉尘爆炸火焰传播研究和聚乙烯粉尘爆炸灾害的防控具有一定的指导作用。

气流输运工况玉米淀粉爆炸火焰传播与压力特性实验研究

利用自主搭建的2 m长气流输运管道实验装置开展了不同气流速度下玉米淀粉爆炸实验,通过高速摄影和压力传感器获得火焰信息和压力参数。基于实验结果分析了气流输运工况气流速度对玉米淀粉爆炸火焰传播行为和爆炸特性的影响规律。结果表明:随着气流速度的增加,粉尘爆炸火焰亮度、火焰传播速度及最大爆炸压力呈先增大后减小的趋势,存在火焰呈螺旋状向管道末端传播的现象。气流速度从5 m/s升至10 m/s,火焰最大传播速度从74.07 m/s增加到89.51 m/s,最大爆炸压力由17.08 kPa增至23.42 kPa。气流速度提高到15 m/s时,火焰最大传播速度和爆炸压力均有所下降,质量浓度为300 g/m3时受影响最大,爆炸压力降低41%,500 g/m3时受影响最小,爆炸压力下降7.4%。

合成气/CO_(2)火焰传播过程中辐射再吸收的影响

针对生物质制取合成气燃料制备和应用过程中CO_(2)掺混的影响,对合成气/空气/CO_(2)预混火焰中开展数值模拟,通过不同的辐射模型研究辐射再吸收对火焰传播速度的影响。结果表明,辐射再吸收提高了火焰传播速度,最大提升幅度可达11.15%。随当量比增加,辐射再吸收对火焰传播速度的提升幅度从11.15%减小至3.12%,受预热导致的化学效应控制。H自由基在贫燃工况占据主导地位,辐射再吸收通过反应H+O_(2)==O+OH影响火焰传播速度;而富燃工况下,与OH自由基相关的反应H+OH+M=H_(2)O+M是辐射再吸收影响火焰传播速度的主导反应。

不同管径内瓦斯爆炸压力与火焰波传播实验研究

为减少低浓度瓦斯输送过程中输送管道爆炸事故,利用公称直径分别为700、500、200 mm的钢制爆炸实验管道,实验研究了管道中瓦斯爆炸压力及火焰波的传播规律。结果表明:爆炸传播过程中最大爆炸压力随长径比变化曲线呈波动上升趋势,管径变化会改变压力峰值出现的时间空间位置,700、500、200 mm管道最大爆炸压力分别出现在长径比115、103、103处,分别为0.59、0.28、0.09 MPa。管道直径越大,最大爆炸压力越大。火焰传播速度随长径比变化曲线起伏波动,整体呈上升趋势,通过分析可将火焰传播过程分为自由传播、反弹加速、稳定加速3个阶段,700、500、200 mm管道最大火焰传播速度分别出现在长径比83、108、96处,分别为846、943、250 m/s。实验中700、500 mm管道出现爆燃转爆轰现象,火焰速度可达800 m/s以上,管径越大爆燃转爆轰过程越早。研究结果可为工程实践中瓦斯管道输送和利用的安全防护提供有力支撑。

工业弯管泄爆口位置对火焰传播的影响分析

为研究弯管泄爆对管内气体爆炸的影响,基于实验研究和数值模拟分析管道泄爆后爆炸火焰及温度的变化规律。结果表明:实验条件下,封闭管道弯管处监测点P4火焰温度峰值为1780.29 K,泄爆后该点火焰温度峰值增幅为7.58%,泄爆后弯管区域火焰温度升高。不同泄爆口位置工况下监测点最高火焰温度为2122.53K,比封闭管道火焰温度峰值高19.22%,火焰阵面、前驱波流动及高温分布主要受泄爆口排放、诱导作用及泄爆口内外压差的影响。随泄爆口位置和点火点之间距离的增加,内径0.125m弯管处最高火焰温度先减后增,呈正弦函数(SineSqr);随泄爆口位置的弯度加大,泄爆口处的火焰温度升高;泄爆口位于4.753m时,泄爆口处的火焰温度最低,对管道周围设施的危害影响最小。研究结果为工业弯管泄爆口的选择和泄爆火焰防范提供了科学参考。

金属丝网位置对氢气/甲烷/空气火焰传播特性的影响

为研究管道内不同位置金属丝网对氢气/甲烷/空气预混火焰传播的影响,在半封闭管道中研究了金属丝网位置对其阻火效果的影响以及阻火失效后火焰传播特性的变化。结果表明,位置会影响金属丝网对预混火焰的阻火效果,金属丝网距点火位置越近,阻火效果越好。当火焰未被淬熄时,金属丝网距点火位置越远,对火焰传播的促进作用越小。当金属丝网距点火位置较远时,与无金属丝网工况相比,火焰传播时间和“I”形火焰存在时长显著增加,郁金香火焰首现时间也延迟,呈现出一定的抑制作用。此外,随着金属丝网距点火位置距离的增加,火焰振荡的周期和振幅明显降低,火焰不稳定性减弱。

掺氢比例对金属丝网阻抑掺氢甲烷燃烧火焰传播的影响

为进一步揭示金属丝网阻抑掺氢甲烷燃烧火焰传播特征的规律,通过实验研究了掺氢比例对不同孔隙密度金属丝网阻火过程的影响。结果表明:随着掺氢比例的增加,金属丝网的阻火难度加大,金属丝网的阻火效果可由成功转为失败,对火焰传播的影响作用可能从抑制转变为促进;当金属丝网阻火失败时,金属丝网会引起火焰褶皱并导致火焰加速,但郁金香形火焰的首现时间有所延迟;随着掺氢比例的增大,火焰穿过金属丝网后的加速现象更为明显;提高金属丝网孔隙密度可提高金属丝网对掺氢甲烷预混火焰的阻火能力,孔隙密度越大,阻火能力越强;60 mpi以上金属丝网能够有效淬熄掺氢甲烷预混火焰。

微细通道内火焰传播及淬熄过程研究

为研究阻火器阻火单元微细通道内火焰传播与淬熄的过程,基于Fluent建立了平板狭缝通道内火焰传播的数值模型。将仿真结果与之前的实验值进行了对比,发现仿真结果与实验值的误差最大值仅为6.5%,数值计算模型准确性及仿真结果可靠度均较高。提取火焰在微细通道内的温度变化数据可知,微细通道内火焰逐渐拉伸,最终形成“尖状”,同时传播速度呈先增大后减小的趋势。分析OH自由基的浓度分布情况可知,OH自由基的浓度分布也呈先增大后减小的趋势。其次分析火焰的淬熄过程可知,入口火焰速度、孔隙高度均是影响淬熄长度的重要因素,但温度变化对淬熄长度的影响程度较低。

泡沫陶瓷对瓦斯爆炸火焰传播的影响

为了有效抑制煤矿瓦斯爆炸的冲击波,设计加工了断面为200 mm×200 mm的方形爆炸实验管道,实验研究无障碍物条件下瓦斯爆炸火焰传播规律和泡沫陶瓷对瓦斯爆炸火焰传播的影响,并采用高速摄影系统对火焰的传播过程进行了拍摄.实验结果表明,管道内瓦斯爆炸火焰的传播速度和结构不稳定;泡沫陶瓷可以抑制火焰的传播,起到淬熄火焰的作用.研究结果对于防治煤矿瓦斯爆炸具有重要的使用价值和理论意义.

煤粉尘爆炸过程中火焰的传播特性

为了揭示煤粉尘爆炸过程中火焰传播特征,采用2种不同质量分数挥发分的煤粉在半封闭竖直燃烧管中进行实验。分别使用高速摄影装置和红外热成像装置记录火焰传播过程和空间的温度分布情况,并分析2种煤粉尘云的火焰传播速度和温度曲线。结果表明:在同等条件下,火焰在挥发分质量分数高的煤粉尘云中的传播速度和火焰温度要高于其在挥发分质量分数较低的煤粉尘云中的。煤粉尘云的体积质量和点火能量也影响着火焰的传播过程,随着煤粉尘云体积质量的增大,火焰的传播速度和火焰温度整体上呈现先增大后减小的趋势,在传播的后半段火焰速度出现震荡现象;随着点火能量的增大,火焰在煤粉尘云中的传播速度和最高温度也相应升高。通过大量的实验数据计算得到特定条件下火焰传播速度和温度的经验公式。

碳酸氢钠粉体粒径对铝粉火焰传播特性的影响

为探索碳酸氢钠粒径的变化对铝粉火焰结构变化和火焰传播特性的影响,采用竖直粉尘燃烧管道实验平台,研究惰化剂质量分数为30%的惰化条件下的火焰传播过程,并记录火焰温度。实验结果表明:碳酸氢钠粉体能显著降低火焰强度,钝化火焰前端;且粉体对铝粉火焰温度的抑制作用与其粒径成反比关系;碳酸氢钠粒径对铝粉火焰传播速度的惰化抑制作用在微米级与其粒径成反比关系,其粒径越小,对铝粉火焰最大传播速度的抑制效果越好。

柱形容器开口泄爆过程中的火焰传播特性

泄爆过程中流动与燃烧的相互作用机制是研究开口泄爆问题的关键。对柱形容器泄爆过程中压力与火焰发展传播过程的观测与分析表明,不同泄爆条件下压力与火焰的发展传播具有明显特点。泄爆诱导流动通过加速火焰传播、加剧火焰变形、增大火焰面积对容器内燃烧产生增强作用,泄爆流动大小主要由泄爆面积决定。小口中低压泄爆过程压力与火焰的发展过程与封闭燃烧中类似;小口高压以及大口泄爆过程中,火焰变形剧烈,传播速度明显上升,并导致压力的回升。

惰化剂粒径对铝粉火焰传播特性影响的实验研究

为探索惰化剂粒径对可燃工业粉尘火焰传播特性的影响,通过建立竖直粉尘燃烧管道实验平台,在碳酸氢钠质量分数为30%的惰化条件下,就碳酸氢钠粒径对铝粉燃烧火焰传播特性的影响进行了实验研究。结果表明:平均粒径为30μm的碳酸氢钠粉体对平均粒径为15μm的铝粉的火焰传播速度具有较好的抑制作用,惰性粉体与可燃工业粉尘应存在粒度匹配效应;碳酸氢钠粉体对铝粉火焰温度的惰化抑制效果与其粒径呈反比关系;碳酸氢钠粉体会减小铝粉火焰预热区厚度,预热区厚度随碳酸氢钠粒径的增加先减小后增大。此外,分析了碳酸氢钠粒径对铝粉火焰传播特性影响的作用机理。

锆粉尘云的火焰传播特性

使用高速摄影、超细热电偶和纹影技术,对方形开口管道中锆粉尘云火焰传播特性进行了实验研究.锆粉尘通过压缩空气喷散到管道中形成粉尘云,随后,锆粉尘云被电火花点燃.实验结果表明,低质量浓度下,火焰传播速度和温度随质量浓度增加而增加.当粉尘云质量浓度为0.627 kg/m时,火焰传播速度和温度达到最大值,分别为30.41 m/s和1 716 K,其后随着质量浓度的继续增加,火焰传播速度和温度开始略微下降.锆粉尘云中粒子与空气形成气-固表面燃烧体系,一些粒子在燃烧结束前发生微爆.预热区厚度在0.39～2.52 cm,随粉尘云质量浓度的增加先减小后增加.

障碍物对瓦斯爆炸火焰结构及火焰传播影响的研究

通过高速摄影与纹影方法从细观角度研究了网状障碍物对管道内瓦斯爆炸火焰细微结构的影响,以及火焰加速机理,并进行了数值模拟.实验与理论分析表明,障碍物的存在引起火焰前锋褶皱度增大,提高了火焰前方未燃气体以及火焰内部流场的湍流强度,促进了火焰加速.

方形管内楔形障碍物对火焰结构与传播的影响

通过实验与数值模拟方法对CH4/空气预混火焰在有楔形障碍物的卧式燃烧方管内的传播进行了研究。采用多镜头Cranz&Schardin高速摄像机和压力传感器等实验设备获得了高清晰度的障碍物诱导火焰失稳的分幅时序照片以及障碍物背风表面压力变化曲线。数值模拟则基于RANS方法与EDU-Arrhenius燃烧模型,计算结果与实验结果基本相符,反映了火焰在管内传播与变形的详细过程。通过综合分析实验与计算结果,得到了由楔形障碍物导致的火焰加速与变形的内在机理,揭示了火焰传播过程中由层流燃烧向湍流燃烧转捩的本质。

自由堆积多孔介质内预混燃烧火焰传播

为了解多孔介质内预混燃烧火焰前沿的传播特性,对不同化学当量比(=0.7～1.0)的甲烷/空气预混气体在不同孔隙率(ε为0.37和0.42)的多孔介质内的火焰前沿传播特性进行了研究,多孔介质采用3mm和6mm直径的Al2O3小球在陶瓷管中堆积而成。结果表明,预混气体在多孔介质中能够形成低速燃烧的稳定燃烧波;其火焰传播速度随化学当量比增大而加快,最大的火焰传播速度为3.52×10-3cm.s-1;多孔介质的结构对火焰前沿传播速度影响很大,即使在孔隙率差别不大的情况下,大球堆积而成的多孔介质比小球具有更高的火焰前沿传播速度。

湍流的诱导及对瓦斯爆炸火焰传播的作用

对巷道面积突变和巷道分叉对瓦斯爆炸过程中火焰传播速度的影响进行了试验研究 ,并利用加速环研究了巷道支架对瓦斯爆炸传播规律的影响 ,在此基础上对湍流的形成过程进行了理论分析 .研究结果表明 ,管路分叉、面积突变对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律有重要影响 ,导致产生附加湍流 ,使瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度迅速增大 ;在管道内装加速环 ,将使瓦斯爆炸过程中湍流度加剧 ,火焰的传播速度更大 ,激波生成的位置、最大点位置前移 ,强度增大 .研究结果对指导现场防治瓦斯爆炸和减轻瓦斯爆炸的威力具有重要作用 .