Coal combustion restrained by ultra-fine water mist in confined space

In order to apply ultra-fine water mist technology on spontaneous coal combustion in the goaf of a coal mine, we built a small scale compartment with ultra-fine water mist for restraining coal combustion in a confined space and then investigated the restraining efficiency and related factors. The study obtained the following results: a descending rate of heat release, an increase in O2, the production of CO2 decreased gradually, while the production of CO increased dramatically and quickly and then decreased; ultimately it tended to become stable after the discharge of an ultra-fine water mist. The technology showed that the ultra-fine water mist can effectively reduce the heat release rate of coal and the rate to generate components. We found that the restraining effect relied on the mist flux, the discharge time and other factors. A sufficient amount of mist has a better effect compared to an insufficient amount of mist. To combat coal combustion, the greater the discharge time, the better coal flames are extinguished.

超细水雾对甲烷-煤尘爆炸过程抑制机理研究

为了研究超细水雾对甲烷-煤尘混合爆炸过程的作用规律,在20 L长方体爆炸装置中进行了抑爆实验.同时基于甲烷气体、雾滴颗粒、煤尘颗粒在受限空间内的蒸发、脱挥发、燃烧过程,建立了超细水雾抑制甲烷-煤尘混合爆炸的数学模型.同实验进行对比可知,数值模拟得到的爆炸压力可准确反映实际爆炸过程.结果表明,超细水雾的加入改变了爆炸的传播规律.与无抑制的甲烷-煤尘混合爆炸相比,加入超细水雾降低了已燃区的气相温度及煤尘颗粒温度,并推迟了火焰阵面沿轴向的传播过程.煤尘颗粒温度分布表明,超细水雾在推迟煤尘颗粒升温过程的同时,反应区煤尘颗粒的中位温度也明显降低.随着超细水雾浓度的不断增加,其对甲烷-煤尘混合爆炸的气相燃烧过程和颗粒脱挥发及燃烧过程的抑制效果也不断增强.研究可为工业生产中甲烷-煤尘爆炸强度预测和水雾抑制提供参考.

超细水雾抑制受限空间轰燃有效性实验研究

抑制轰燃能有效降低火灾造成的人员伤亡与财产损失.通过搭建超细水雾抑制受限空间轰燃的小尺寸实验台,研究了超细水雾抑制轰燃的有效性及其影响因素.研究发现,超细水雾抑制轰燃的效果依赖于雾通量、施加时刻、施加位置等因素.在雾通量充足时,早期施加的抑制效果优于晚期施加,从受限空间底部施加的抑制效果强于从侧上方施加;雾通量不足时,超细水雾的强化燃烧功能将加速、加剧轰燃的发生.

超细水雾抑制受限空间木材燃烧的实验研究

基于木材是火灾中常见的可燃物之一,通过搭建超细水雾抑制受限空间木材燃烧的小尺寸实验平台,研究了超细水雾抑制受限空间木材燃烧的有效性及影响因素。施加超细水雾后,木材的热释放速率和O2的下降速率增大,CO2的生成量增大到固定值时逐渐趋于平稳,这表明超细水雾可以有效降低木材的热释放速率,抑制木材的燃烧。超细水雾抑制木材燃烧的效果依赖于雾通量、预燃时间、施加时间等因素。雾通量充足时预燃时间越长,火焰越容易熄灭;雾通量不足时,超细水雾无法抑制木材的燃烧;预燃时间一定时,雾通量越大,超细水雾抑制木材火焰的效果越好;雾通量和预燃时间一定时,施加超细水雾的时间越长,木材表面越不易有阴燃现象,抑制木材火焰的效果越好。

超细水雾熄灭甲烷火焰的临界灭火质量浓度

利用发展的临界灭火质量浓度预测模型,分别在1600K和1700K两种燃烧极限温度下对超细水雾和水蒸气的临界灭火质量浓度进行计算,并采用FLUENT软件开展具有详细化学反应的数值模拟.模型采用1600K得出的理论结果与模拟结果、前人实验结果均较为接近;通过对比理论结果与模拟结果,发现超细水雾冷却在灭火作用中的效果稍高于水蒸气,但却远低于水;模拟发现在火焰温度降低到1600K以下时,才可实现稳定灭火,这对于消防工程中火焰熄灭温度的选取具有一定理论指导作用.

超细水雾抑制甲烷爆炸的实验研究(英文)

用自行设计的三面透明的细水雾抑制甲烷爆炸的实验装置,研究了不同体积超细水雾对不同浓度甲烷爆炸的抑制现象。运用GigaView高速摄影观察了超细水雾抑制甲烷爆炸的过程,并且对现象进行了分析。采用四个E12-1-K型快速响应热电偶获取超细水雾抑爆过程中四个不同位置的温度变化情况,并且讨论了甲烷浓度和超细水雾体积对爆炸延迟时间的影响。实验结果表明,超细水雾对甲烷爆炸的抑制效果是与水雾的体积和甲烷浓度紧密相关的。初步确定了超细水雾抑制甲烷爆炸的临界体积。

防控采煤工作面瓦斯燃烧新技术实验研究

在分析井下瓦斯燃烧起因和特点的基础上,结合目前煤矿多发的瓦斯燃烧事故,建立超细水雾作用下采煤工作面瓦斯燃烧防控实验平台。在不同条件下进行系列超细水雾抑制瓦斯燃烧实验,以甲烷流量150 mL/min、其体积分数90%、超细水雾流量220 mL/min、水雾粒径5～30μm为最佳实验工况进行水雾与瓦斯燃烧作用机理研究。结果表明:超细水雾与瓦斯火焰作用后,在火焰周围形成封闭水雾圈,瓦斯燃烧火焰出现被抑制—切割—再抑制—再切割的过程,使火焰由大变小,直至熄灭;与自由燃烧相比,火焰周围温度和氧气体积分数均出现不同程度的降低,整个熄灭过程仅用90 s。

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。

含菌超细水雾抑制甲烷爆炸的实验研究

搭建小尺寸实验平台,采用压力传感器测量超细水雾抑爆过程中管道内的压力变化状况,研究含甲烷氧化菌的超细水雾对不同体积分数的甲烷气体爆炸的抑制效果。结果表明,含甲烷氧化菌的超细水雾能够使爆炸压力明显下降;预处理时间越长,爆炸最大压力下降越多;甲烷体积分数越大,爆炸最大压力越大;菌液雾化量越大,抑制甲烷爆炸效果越好。

超细水雾抑制瓦斯燃烧火焰的实验研究

通过搭建模拟回采工作面小尺寸实验平台,利用改造后的家用燃气灶作为燃烧器,研究了可燃预混气体火焰在超细水雾作用下火焰的变化过程,并测得了超细水雾作用于火焰过程中火焰的温度.通过改变通风速度和超细水雾的雾化速率,揭示了可燃预混气体在超细水雾氛围中火焰与温度的变化规律.通过建立稳定火焰面的力和速度平衡,找出了火焰形状拉伸扭曲的原因是破坏了火焰外焰和热气层交界面上力和速度的平衡;在其他条件一定的情况下,向模拟工作面上施加超细水雾后,火焰周围流场扰动明显增大,与在单独通风条件下相比,火焰温度跳动变化幅度和频率增大;在保证超细水雾质量浓度不变条件下,通风速度越大,则混合气体扰动越大,温度的跳动就越大,火焰的燃烧就越不稳定.实验结果表明超细水雾能很好地抑制瓦斯火焰的燃烧.

超细水雾抑制受限空间煤燃烧的试验研究

为了将超细水雾技术应用于抑制井下采空区遗煤自燃,通过搭建超细水雾抑制受限空间煤燃烧的小尺寸试验台,研究了超细水雾抑制受限空间煤燃烧的有效性及影响因素。研究表明,施加超细水雾后,煤的热释放速率下降速度和受限空间O_2体积分数的下降速度增大,CO_2的生成量逐渐减少,而CO的生成量在短时间内急剧增大后又减少,最终趋于稳定。这说明超细水雾可以有效降低煤的热释放速率和组分生成速率。超细水雾抑制煤燃烧的效果依赖于其雾通量、开始施加时刻和施加时间等因素。雾通量充足时,在煤燃烧初期施加超细水雾,熄灭煤火焰的效果较好,待煤充分燃烧时,再施加超细水雾,熄灭煤火焰的时间延长;雾通量不足时,超细水雾无法抑制煤的燃烧。对充分燃烧的煤施加超细水雾的时间越长,熄灭煤火焰的效果越好。

超细水雾抑制酒精火有效性实验研究

为了研究超细水雾对酒精火的抑制效果,通过搭建超细水雾抑制受限空间酒清火燃烧的小尺寸实验平台,利用基于质量损失速率的热释放速率计算方法,研究超细水雾与酒精火焰相互作用时,酒精火火焰的变化规律及酒精火的热释放速率,与此同时,采用高速摄像仪对火焰进行拍摄,利用Matlab图像处理程序对采集的火焰图片剖面进行处理。研究发现:施加超细水雾后,不同雾通量,不同酒精预燃时间都对超细水雾抑制酒精火的有效性产生影响。另外,200ml/min雾通量的超细水雾要比150ml/min超细水雾抑制效果要明显,灭火时间提前52s。

基于FDS的超细水雾抑制酒精火的研究

通过搭建小尺寸实验平台,研究超细水雾抑制酒精火的过程,分析受限空间中氧气体积分数以及烟气温度分布状况以及施加超细水雾对其的影响。基于FDS进行超细水雾与酒精火相互作用的数值模拟。研究结果表明,在超细水雾作用下,受限空间内的氧气体积分数与烟气温度下降速率高于自由燃烧状态;超细水雾抑制酒精火的后期,受限空间顶部会积聚大量高温烟气;数值模拟结果较好地预测了超细水雾施加前、后烟气温度的变化规律。

超细水雾对管内丙烷爆炸火焰抑制效果的试验研究

利用自行研制的超细水雾抑制管内丙烷爆炸的小尺寸试验系统,研究超细水雾抑制管内丙烷爆炸的有效性。试验采用0.6 m×0.09 m的圆柱形透明玻璃管,研究体积分数为2.7%-3.7%的丙烷/空气预混气体在0-2 mL超细水雾作用下的爆炸火焰传播特性,测定超细水雾作用下丙烷爆炸下限及火焰传播速度的变化规律,探讨超细水雾对管内丙烷爆炸火焰的抑制机理及效果。结果表明：超细水雾可显著提高丙烷的爆炸下限,降低丙烷爆炸的危险性;超细水雾可有效抑制丙烷爆炸的传播速度,且随超细水雾添加量增大,传播速度不断降低;根据抑制率计算结果,在贫燃料情况下,超细水雾对丙烷爆炸的抑制效果随雾量增大和体积分数降低而增强。

超细水雾抑制甲烷-煤尘复合爆炸的实验研究

为掌握瓦斯-煤尘复合爆炸机理,通过可视化爆炸装置进行了密闭空间的超细水雾抑制甲烷-煤尘复合爆炸实验,探究了不同浓度的超细水雾对爆炸超压、压力上升速率、火焰传播速度的影响;研究了超细水雾作用下的火焰传播特征和爆炸不同阶段的抑爆机理。测定了不同煤尘粒径、浓度下的临界抑爆浓度。结果表明:超细水雾使爆炸超压延迟上升;爆炸火焰经历了点火焰、局部强发展火焰、连续不光滑火焰以及稳定分层火焰4个发展阶段,抑制局部强发展火焰的出现是抑制爆炸的关键;随着超细水雾浓度的增加,压力的二次加速上升现象逐渐消失,放热速率与火焰锋面的燃烧速率的相关性增强;水雾的临界抑爆浓度随煤尘浓度的增加先增后降,随煤尘粒径的增加而降低。

超细水雾灭火试验研究

采用新型超细水雾灭火装置,在立方体密闭空间使用全淹没灭火的方法进行了庚烷火的灭火试验,并通过使用内置式减光系数测量装置和氧浓度测量装置分析灭火过程中的减光系数和氧浓度。试验研究表明,内置式减光系数测量装置能够反映水雾浓度变化情况,内置式氧浓度测量装置能够显示出氧浓度变化;低理论雾化量的条件下,火焰熄灭时的减光系数较小,残余的氧浓度也较小,反之减光系数较大,氧浓度也较大;高浓度的超细水雾是有效的灭火剂。

超细水雾抑制煤燃烧的模拟实验研究

为了研究超细水雾对煤燃烧的抑制效果,基于小尺寸空间抑制燃烧实验平台,研究了超细水雾对煤燃烧的抑制效果,计算在超细水雾作用下实验空间内部氧气、二氧化碳、一氧化碳体积分数的变化情况以及燃烧空间内不同部位的温度变化情况,并且与煤自由燃烧的情况做对比。研究表明超细水雾对煤燃烧的火灾发展过程有很好的抑制作用。研究结论对超细水雾应用于熄灭矿井煤炭火灾具有一定的指导意义。

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。

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。

基于cup burner的含铁基添加剂超细水雾灭火有效性分析

针对典型的液体燃料(乙醇和正庚烷)油池火焰,在自行搭建的实验台上对含铁基添加剂的超细水雾的临界灭火浓度进行测量,定量评价其灭火性能。为深入分析铁基添加剂的灭火机理,基于密度泛函理论,对铁氧化物与H自由基反应产物的结构进行优化计算。研究表明:二茂铁与硫酸亚铁添加剂均能使超细水雾的临界灭火浓度呈现不同程度的降低,并且存在最佳浓度。二茂铁与硫酸亚铁的质量分数分别为0.01%和1%时,灭火效果最好;含铁基添加剂细水雾灭乙醇火的效果好于正庚烷火。铁氧化物与H自由基反应生成的Fe(OH)_2是一种活性催化物质,能够通过链式反应消去H自由基。