瓦斯(煤尘)爆炸动力学演化及多相耦合效应

作者:发布时间:2009-05-11浏览次数:2596

课 题 负责人:林柏泉
第一承担单位:中国矿业大学
课 题  经 费:425万元

课题简介
    针对煤矿井下巷道网络式的受限空间体系,CH4与多种气体(CnHm、H2、CO2等)成分共存,气固二相参与,三场(流动场、温度场和化学场)互动的条件,开展瓦斯(煤尘)爆炸动力学演化及多相耦合效应研究,揭示甲烷与多种气体共存及气固两相介质条件下的瓦斯(煤尘)爆炸突变机理和井下巷道网络条件下的爆炸传播规律,建立瓦斯煤尘爆炸及其传播的理论模型,为开发煤矿瓦斯煤尘爆炸模拟验证,事故调查分析,预测控制瓦斯(煤尘)爆炸技术奠定基础.在国内核心刊物上发表学术论文20篇以上,出版学术著作1~2部。

主要研究内容
    (1)研究点火能量与环境条件(压力、温度、风流等)、气体和气固成分之间的耦合效应,建立耦合量化关系。
    研究重烃组份对瓦斯爆炸的最小点火能量及其爆炸浓度上、下限的影响规律;研究我国主要高瓦斯矿井,尤其是发生过瓦斯爆炸的矿井瓦斯成分、重烃组份,煤样高温(90℃)重烃脱附量;研究现有防爆检验标准对含有重烃组份的瓦斯的适应性。
    (2)研究瓦斯爆炸与火灾行为相互转化机制,揭示燃烧、爆燃、爆轰各阶段的演化规律,建立相互转化的条件。
    针对火灾过程中易燃爆炸性混合气体的产物构成与比例的不同,研究单一组份气体自身的爆炸反应特点及其对瓦斯爆炸的作用机制;确定单一组份气体、不同种类混合组份气体不同比例构成情况下,对瓦斯爆炸灾害的定量影响及贡献;研究火灾行为与瓦斯爆炸相互转化的条件及趋势化规律,半封闭环境下火灾与瓦斯(煤尘)爆炸相互转化的机理,矿井火灾转变为爆炸的物理转化条件、及与外界环境的关系。
    (3)研究多种气体共存、三场(流动场、温度场和化学场)互动条件下管网系统中的瓦斯爆炸传播规律及热动力学特性。
    瓦斯爆炸过程中爆炸波的传播特征及其消除方式,湍流强度与爆炸波之间的关系,在爆燃、爆炸、爆轰过程中湍流的作用机制;瓦斯爆炸过程中火焰的传播特征及其消除方式;瓦斯爆炸过程中热量质量的输运规律,传热传质规律、热交换规律、能量变化特性,瓦斯爆炸加速过程中的热动力学机制;外加物理场(电磁场)对瓦斯爆炸过程中湍流的影响作用,外加物理场对瓦斯爆炸过程中火焰和爆炸波传播的影响作用。 
    (4)研究巷道网络受限空间条件下瓦斯爆炸传播机制及试验设施尺度效应
研究煤矿井下巷道网络受限空间内发生瓦斯爆炸后,主要致灾性中间气体产物的生成机生成条件、生成时序等方面的规律性,瓦斯煤尘爆炸冲击波与火焰传播衰减规律;瓦斯煤尘爆炸在井下实际规模巷道(尺度、壁面粗糙度、弯道和变坡、瓦斯分布特征)中的传播规律,建立相应的反应动力学控制方程,揭示其生成动力学特性。

 

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