敞口与闭口条件下甲烷爆炸特性对比研究

【摘要】：可燃气体爆炸被认为是爆炸的主要形式,煤矿井下巷道内发生的瓦斯爆炸、管道或容器内发生的气体爆炸、厂区发生的蒸汽云爆炸等都属于典型的气体爆炸事故,而这些爆炸并不都是在密闭容器中进行的,大部分都是在开放空间中进行的,而国内外研究甲烷爆炸特性大部分是在密闭空间进行的,在敞口条件下研究较少,因此对敞口与闭口条件下的甲烷爆炸特性进行对比研究具有十分重要的现实意义。本文利用安全技术及工程研究中心现有的水平管道式气体—粉尘爆炸实验装置,对敞口和闭口条件下甲烷爆炸特性进行了对比性实验研究,主要的研究内容有:甲烷的爆炸极限,甲烷浓度对其爆炸特性的影响,甲烷的爆炸压力和火焰传播速度沿管道的变化趋势,障碍物的存在对甲烷爆炸特性的影响,并对这两种条件下的甲烷的爆炸特性进行了对比分析。实验结果表明: (1)在敞口条件下,甲烷的爆炸极限为5.5%~15.5%;在闭口条件下,其爆炸极限为4.5%~15%,敞口条件下甲烷的爆炸上限及爆炸下限均限略高于闭口条件下的爆炸上下限。 (2)在敞口与闭口条件下,甲烷浓度对其爆炸特性的影响基本相同,即当甲烷浓度为10%时爆炸压力和爆炸压力上升速率最大,达到最大爆炸压力的时间最短;甲烷浓度大于或小于10%时其爆炸压力和爆炸压力上升速率均减小,达到最大爆炸压力的时间相应延长。 (3)在敞口与闭口条件下,甲烷的爆炸压力沿管道的变化趋势不同:在敞口条件下,不论障碍物是否存在,甲烷最大爆炸压力及其最大爆炸压力上升速率随测试点距点火端的距离先增大后减小,到达最大爆炸压力的时间逐渐增大,且最大爆炸压力与最大爆炸压力上升速率出现的位置也基本相同;在闭口条件下,当不放置障碍物时,甲烷的最大爆炸压力与最大爆炸压力上升速率随着测试点距点火端距离的增大而增大,当放置障碍物时,该变化趋势则是先减小后增大,且减小的位置为冲击波越过障碍物之后的第一个测试点。 (4)在敞口与闭口条件下,甲烷爆炸的火焰传播速度沿管道的变化趋势不同:在敞口条件下,甲烷爆炸的火焰传播速度沿管道逐渐增大,而障碍物的存在则促使火焰明显加速;在闭口条件下,甲烷爆炸的火焰传播速度沿管道逐渐减小,障碍物的存在也使得火焰速度增大,但是增幅较小。 (5)在敞口条件下,障碍物的存在对甲烷爆炸火焰传播速度的影响明显,对爆炸压力的影响不大;而在闭口条件下,障碍物对爆炸压力和火焰传播速度的影响都比较明显。 【关键词】：甲烷 爆炸压力 火焰速度 障碍物
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：O381
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 引言10-16
• 1.1 本文研究的目的与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 国内研究现状11-13
• 1.2.2 国外研究现状13-15
• 1.3 论文的研究内容与方法15-16
• 2 气体爆炸相关理论16-22
• 2.1 可燃性气体的爆炸机理16-18
• 2.1.1 链式反应理论16-17
• 2.1.2 热爆炸理论17-18
• 2.2 爆炸极限18-19
• 2.2.1 爆炸极限的概念18
• 2.2.2 爆炸极限的计算18-19
• 2.3 理论混合比19-20
• 2.4 火焰传播加速机理20-22
• 3 实验装置及实验步骤22-28
• 3.1 实验装置简介22-27
• 3.1.1 管道部分22-23
• 3.1.2 配气系统23
• 3.1.3 点火系统23-25
• 3.1.4 压力采集系统25-26
• 3.1.5 火焰速度测试系统26-27
• 3.2 实验条件及实验步骤27-28
• 4 甲烷爆炸特性实验研究28-55
• 4.1 空载实验28
• 4.2 敞口条件下甲烷爆炸特性研究28-41
• 4.2.1 甲烷爆炸极限研究28-29
• 4.2.2 甲烷爆炸压力研究29-37
• 4.2.3 甲烷爆炸火焰传播速度实验研究37-38
• 4.2.4 置障条件下甲烷爆炸压力及火焰传播速度实验研究38-41
• 4.3 闭口条件下甲烷爆炸特性研究41-50
• 4.3.1 甲烷爆炸极限研究41-42
• 4.3.2 甲烷爆炸压力实验研究42-47
• 4.3.3 甲烷爆炸火焰传播速度实验研究47
• 4.3.4 置障条件下甲烷爆炸压力及火焰传播速度实验研究47-50
• 4.4 不同条件下甲烷爆炸特性对比分析50-55
• 4.4.1 甲烷爆炸极限对比研究50
• 4.4.2 不同条件下甲烷的爆炸压力对比研究50-53
• 4.4.3 不同条件下甲烷爆炸的火焰传播速度对比研究53-55
• 5 结论与展望55-57
• 5.1 本文的主要研究结论55-56
• 5.2 本文的不足与展望56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士期间发表的论文情况61-62
• 致谢62

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