瓦斯爆炸過程中火焰與爆炸波傳播規(guī)律

　　煤礦瓦斯爆炸事故從工業(yè)革命開始即一直時有發(fā)生， 大多數(shù)工業(yè)化國家都對煤礦瓦斯爆炸進(jìn)行過試驗研究， 尤其是對可燃碳?xì)錃怏w與氧氣及空氣混合后的引燃和傳播方面， 以及工業(yè)粉塵 （包括煤塵） 爆炸特性方面均有不少的研究。例如， 美國國家職業(yè)與健康研究所匹斯堡研究中心 （ ＮＩＯＳＨ ）、 澳大利亞的 Ｌｏｎｄｏｎ Ｄａｒｅ 安全研究中心及歐洲的一些研究機(jī)構(gòu)相繼建立了可燃?xì)怏w與粉塵爆炸試驗管道， 并進(jìn)行了試驗研究。 中科院力學(xué)所、 南京理工大學(xué)、 煤科總院撫順分院和重慶分院等也相應(yīng)建立了氣體、 粉塵爆炸試驗管道和爆炸試驗巷道， 通過這些已經(jīng)建立的試驗巷道和管道的試驗研究， 取得了一些成果， 在理論上也導(dǎo)出了一系列計算其傳播速度、 壓力的公式， 并從化學(xué)和熱力學(xué)的角度進(jìn)行了分析。 根據(jù)這些研究結(jié)果， 人們也提出了一些防治瓦斯爆炸的措施， 如巖粉棚、水棚等。 但是， 這些防治瓦斯爆炸的措施在實際使用過程中有時起作用， 有時并未起作用， 其原因就在于對瓦斯爆炸過程中火焰與爆炸波之間相互關(guān)系并不清楚， 導(dǎo)致防治措施的響應(yīng)時間未能準(zhǔn)確掌握， 使防治措施未能起到應(yīng)有的作用。 針對這種情況， 本書擬對此進(jìn)行研究， 以期對瓦斯爆炸機(jī)制研究有所裨益，對礦井瓦斯爆炸的實際防治工作有所幫助。 本書主要從理論、 實驗與數(shù)值模擬 ３個方面對瓦斯爆炸過程中火焰與爆炸波的傳播規(guī)律進(jìn)行了研究。本書主要研究成果如下。① 利用 “ ２１１ 工程” 重點學(xué)科建設(shè)項目中專門設(shè)計加工的具有煤礦井下巷道特點的瓦斯爆炸實驗管網(wǎng)系統(tǒng)， 采用在爆炸試驗管道中加入障礙物和膜片的方法， 測定與分析了瓦斯爆炸過程中的有關(guān)動力學(xué)參數(shù)， 反映了瓦斯爆炸過程中火焰與爆炸波的傳播規(guī)律。② 采用在爆炸試驗管道中加入障礙物和膜片的方法， 其中， 障礙物用以模擬井下的礦車、 堆積物或其他設(shè)備， 膜片用以模擬井下的風(fēng)門或密閉墻， 從而研究障礙物和膜片對火焰與爆炸波傳播規(guī)律的重要影響， 研究瓦斯爆炸過程中火焰與爆炸波之間的相互關(guān)系， 并探討障礙物對火焰的加速機(jī)制。③ 基于均相反應(yīng)流時均方程組、ｋε湍流模型和 ＥＢＵＡｒｒｈｅｎｉｕｓ 燃燒模型建立了均相燃燒流動的理論模型。 采用基于 ＳＩＭＰＬＥ 算法的大型通用程序 ＰＨＯＥＮＩＣＳ 對管中瓦斯爆炸實驗進(jìn)行了數(shù)值模擬， 其數(shù)值模擬結(jié)果反映了火焰加速的內(nèi)在機(jī)制， 揭示了管內(nèi)燃燒、 流動、 湍流之間的正反饋關(guān)系， 表現(xiàn)了障礙物對爆炸過程中各主要參數(shù)的影響規(guī)律， 并與實驗測得的相應(yīng)結(jié)果基本吻合。

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