同一阻塞率障碍物立体结构对瓦斯爆炸的影响

燃气体爆炸灾害发生有用 的实 验数 据和结论 ［ｌ ｑ 。但是。 Ｓ 火焰传 播方 向上 的障碍物常常具 有立体结构。因此， 有必要研究立体
结构 障碍物对火焰传播 的影 响。本文对 内置不 同立体结构 障
碍 物 对 甲烷 预 混 火 焰 传 播 进 行 了 初 步 的 研 究 。研 究 结 果 对 于 预 防 气 体 爆 炸 和 为 工 业 安 全 设 计 提供 参 考 必 将 有 ～ 定 的 现 实
影响规律 ，其具体细节 目前还在进一 步研究 当中。早 在 １ ２ ９６
年，ｈｐ ｎ等人就 已经研 究 了障碍物管道 内火焰传播 现象 。 Ｃ ａｍａ 通过建立各种 大小 、 形状不 同实验管道 ， 国内研究者在 障碍 但 物 的选 择 上 大 多集 中在 圆 环 、 Ｌ 平 板 和 扇 形 板 这 样 一 些 可 圆孑 、 以看作平 面结构 的障碍 物上 ，实验 中也得 出了一些对预 防可
一
节上装有高精度真空表 ，左边 的肓法兰上开有 充气和抽气
意 义
三极 管 ， 将接 收的火焰信号转 换成 电信 号 ， 供给单 片机 ， 提 火 焰测速单 片机记 录了火焰 经过管道的时 间 ，从 而可以计算 出
经过管道火焰的平均速度 。实验 系统如 图 ２所示 ：
１ 实验 系统
本文进行试 验研究所采 用的实验 装置为 内径 为 ０１９ ．３ ｍ， 壁厚为 ００ ｍ， ．１ 总长 ９ ｍ的水平 管道 。 ． ７ 整个爆炸管 由 ６节无锋 钢管连接而成 ，分别 为三节长 ２ ｍ、两节 长 ｌ ｍ、以及一节长 ０７ ｍ， ．５ 中间用法 兰连接 ， 便于拆卸。在每节管道上均压力传感 器安装孑 和观察孔 ， Ｌ 可测 出不 同位置 的爆 炸压力 ， 通过安装在 观察孔 的火焰探测器测量火焰 传播平均速度 。在爆 炸管 的第
管道 内火焰传播是一个涉及 到气体流动 、热 交换 和辐射
的复杂过程， 响因素较 多。大量 的实验 与理论研究表 明 ， 影 除 燃料浓度外 ，内置障碍物 同样会影 响管 内燃料 的燃烧 速率… 。 因此 国内外学者加强 了对障碍物 加速火焰传播和压力 波增强 的 机 理研 究 ，对 障 碍 物 加 速 火 焰 并 诱 导 超 压 增 强 过 程 进 行 了 大量 的理论和实验研究。其 中 ＤＤ ｎ — ａｋｎ与 Ｍ．． ｃｎ ．ｕ ｎ Ｒ ｎ ｉ ＡＭｃａｎ 在双膨 胀界 面假设 的基 础上 建立 了简单 的平 面 火焰 褶皱 模 型， 预测挡板加速火焰时产生爆炸 超压 ， 其上升特性与实验 结 果一致 Ｈ ｅ ａｅ ＢＨ． ；ｊ￣ ｇｒ ． 利用 ＳＭ Ｌ Ｉ Ｐ Ｅ格式模拟 了管 道内重复障 碍物对火焰传播 的加速作用 ［ 引 。一般情 况下 ， 流燃烧 的火焰 层 阵面规整 ， 其燃烧速率不及湍流燃烧 快。在密闭容 器内燃料预 混燃烧时 ，其湍流 主要来源 于火焰真面容器 内壁面的剪切作 用， 因而火焰能在燃烧管 内加速传播 。若容 器 内存在 障碍 物 ， 因障碍物壁面及本身 的阻塞等 ， 能使管 内湍 流强度快速提 高 ， 从而进一 步加速火焰在管 内的传播。然而障碍物的大小 、 形状 与分布方式对湍流的产生与成长 等各 有其独 自不 同的作 用与
为一套用于测试气体爆炸 压力 和火焰传播速
度 的管 道 式 实 验 系 统 。整 个 实 验 系统 由 卧式 爆 炸 圆 管 、 气 系 配 统、 压力 测试系统 （ 传感 器 、 信号放 大器 和动态测试 分析 仪 ） 、
定的借鉴作用。 关键 词 瓦 斯爆 炸 ； 焰 传 播 ； 炸压 力 ； 体 障 碍 物 火 爆 立 中 图分 类 号 ： Ｄ １￣ ２ Ｔ ７ ２． ７ 文献 标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ９ ０ ９ （ ０ ００ — ０ ７ ０ １０ — ７ ７ ２ １ ）６ ０ ６ — ３
火焰 速度测试 系统 、 高压点火 系统 电源 （ 高压 互感器 、 火电 点 极、 控制箱 ） 组成 。实验 开始前 ， 先将方管 抽成真空 ， 然后 将 甲
烷与 空气完全体 积百分 比为 １ １ ：０的混合 气体灌 入管 内至一
个大气压。误差不超 过 １ 基本达到实验浓度要求 。实验时 ， ％， 由点火器 同时触发点火头和时序控制 器。点火头点燃管 中的 预混气体 ，而时序控制器在经过 预先设 定的延迟时 间后驱动 触发器和高压发生器。管 内压力测量则利 用压 电式压力传感 器， 将所采集 到的信号 经电荷放 大器 ， 大后 由动态测试分析 放 仪记 录， 得到 Ｐ ｔ — 曲线以及特征值 。火焰速度测试则利用光敏
封， 进气 、 排气 管道 、 门等连接处用生料带密封。为了保证实 阀
验的安全性 ， 在第六节爆炸管上装有安全 阀 ， 当其 内部压 力大 于２ ａ ＭＰ 时能 自动泄压。在爆炸管的最右端有排气孔 。水平管 道设 计的最大承受压力为 ６ Ｐ 。实验管道如图 １ Ｍａ 所示 ：
图 １ 实 验 管 道 示 意
煤矿 现 代化
２１ 年第６ ００ 期
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同 一阻塞率障碍物 立休结构对瓦斯 爆炸的影响
孟 璐
（ 中北大 学 化工与环境学院 。山西 太原 ０ ￣５ ） ３ １
摘 要 通过 实验 方法对 Ｃ Ｊ空气预混火焰在有不 同立体结构障碍物 的卧 式燃烧 圆管 内的传 播进行 Ｈ 了研究。采用压力传感器和火焰测速 仪等实验设备获得火焰速度变化 以及压 力变化曲线。选用 三种立体结 构障碍物 ， 分别为长方体 、 三棱柱 、 圆柱 。结果表 明在相 同阻塞 比下 ， 三棱柱对增加火焰传播速度和超压相对 较大 ， 长方体居 中 ， 影响相对 有限。研 究结果对于预 防和控制矿井 瓦斯和其 它可燃气体爆炸灾害 ， 圆柱 有一