管道中甲烷—空气预混气爆炸火焰传播的研究

针对矿井瓦斯及其它工业可燃气体爆炸灾害的现状,本文开展了管道内甲烷.空气预混气爆炸火焰传播的研究,采用实验分析和理论研究相结合的方法,较为系统的描绘了管内火焰传播的现象。 本文在长1.5m的方形透明实验管道上,采用光电传感器、压力传感器以及高速摄像等器件,建立了管内爆炸火焰传播的光信号和压力信号测试系统。实验结果表明: （1） 点火端封闭另一端弱封闭的小尺寸管道中,甲烷-空气预混气体在有无障碍片时火焰传播压力分布规律基本一致:先逐渐增大至约管子中段处出现峰值压力,而后压力逐渐下降,管口处压力下降迅速。 （2） 障碍片存在对火焰传播有激励作用,能显著增加火焰速度,D型障碍片下可将火焰传播速度提高一个数量级以上,最大速度可达250m·s-1;爆炸峰值压力也显著增加,D型障碍片下可达0.5Mpa。在激励作用的因素中,障碍片的阻塞比占主要,而障碍片的间距居次。 （3） 当甲烷浓度在最佳浓度（约10%）附近时,火焰速度和爆炸压力最大。 （4） 在实验条件下,各测点的光信号到达时刻与压力信号起跳时刻基本同步,且光强时刻表现为压力值大,即燃烧剧烈时火焰传播产生的压力大,而压力的持续时间较火焰光信号持续时间长。 （5） 本文管道的长径比为15,长为1.5m,此小尺寸管道中甲烷.空气混合气体,在有无障碍片下均不会导致爆轰现象。 本文通过简化处理得出了管内火焰的速度和压力的计算式,并作了相关处理实现,与实验结果吻合较好,方便了管内爆炸火焰参数的估算。同时借助于PHOENICS软件,对简单情形的爆炸火焰传播过程进行了数值计算,计算结果基本上反映了流场参数的变化趋势。 本文的研究工作对预防和控制矿井瓦斯和其它可燃气体爆炸灾害,有一定的借鉴作用,同时也加深对爆炸理论中燃烧和爆炸问题的理解,以及燃烧理论中传播火焰的认识。