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密闭空间甲烷—煤尘复合爆炸强度研究

王洪雨  
【摘要】: 在工业生产中,甲烷与煤尘复合爆炸事故所产生的危害主要体现在爆炸超压造成的破坏,所以对爆炸强度的主要影响因素进行深入、系统的研究,有助于为进一步提出可行的防爆、抑爆措施提供依据。 前人在这方面的研究工作基本上是针对某些特定工况条件下的试验结果,未能通过归纳总结得出定量规律。本文的研究思想是,通过系统的实验研究,得到密闭空间甲烷—煤尘复合爆炸的最危险工况,获得爆炸强度与甲烷煤尘混合比例、煤尘粒径、点火延迟时间之间的相互关系,并回归分析爆炸强度与特性参数之间的量化规律。在此基础上,建立热力学和化学反应动力学模型,探讨复合爆炸的理论计算方法。具体工作如下: (1)本文利用由压力变送器、数据采集卡、计算机和电极点火装置组成的密闭空间粉尘爆炸装置,建立了可燃气体与粉尘复合爆炸实验系统,系统的动态响应时间小于千分之一秒,测试精度为0.5级。 (2)通过对甲烷—煤尘混合物进行大量单因素复合爆炸实验,确定了在实验条件变化范围内,密闭空间内甲烷—煤尘复合爆炸的最危险爆炸条件为甲烷浓度为5%、煤尘浓度500g/m~3、煤尘粒径26μm、点火延迟时间40ms。 (3)实验结果表明:最大爆炸压力、最大压力上升速率和爆炸持续时间分别与甲烷浓度、煤尘浓度和点火延迟时间呈二次函数关系;最大爆炸压力、最大压力上升速率随着煤尘粒径的增大而不断减小,爆炸持续时间随着煤尘粒径的增大而不断增大。 (4)通过对密闭空间甲烷—煤尘复合爆炸的实验数据进行综合回归分析,得到了爆炸强度与甲烷浓度、煤尘浓度和煤尘粒径之间的定量关系式,从而为其他条件下的甲烷—煤尘复合爆炸提供了爆炸强度估算方法。 (5)在对实验现象分析的基础上,建立了密闭空间甲烷—煤尘复合爆炸过程的计算模型,提出了计算方法。通过计算结果与实验结果的对比分析,计算模型较好的反映了实际爆炸过程。 本文的创新点是: (1)对密闭空间甲烷—煤尘复合爆炸强度的主要影响因素进行了系统的实验研究,并通过实验数据的回归分析,得出了爆炸强度与特性参数之间的定量关系。 (2)建立了甲烷—煤尘复合爆炸模型,针对甲烷浓度、煤尘浓度和煤尘粒径对爆炸强度的影响进行了计算。通过计算结果与实验数据的比较,最大偏差为21.33%。


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