小尺寸管道内二氧化碳抑制甲烷爆炸效果的实验及数值模拟

罗振敏 王涛 程方明 宋钰 吴慷

罗振敏, 王涛, 程方明, 宋钰, 吴慷. 小尺寸管道内二氧化碳抑制甲烷爆炸效果的实验及数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(3): 393-400. doi: 10.11883/1001-1455-(2015)03-0393-08
引用本文: 罗振敏, 王涛, 程方明, 宋钰, 吴慷. 小尺寸管道内二氧化碳抑制甲烷爆炸效果的实验及数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(3): 393-400. doi: 10.11883/1001-1455-(2015)03-0393-08
Luo Zhen-min, Wang Tao, Cheng Fang-ming, Song Yu, Wu Kang. Experimental and numerical studies on the suppression of methane explosion using CO2 in a mini vessel[J]. Explosion And Shock Waves, 2015, 35(3): 393-400. doi: 10.11883/1001-1455-(2015)03-0393-08
Citation: Luo Zhen-min, Wang Tao, Cheng Fang-ming, Song Yu, Wu Kang. Experimental and numerical studies on the suppression of methane explosion using CO2 in a mini vessel[J]. Explosion And Shock Waves, 2015, 35(3): 393-400. doi: 10.11883/1001-1455-(2015)03-0393-08

小尺寸管道内二氧化碳抑制甲烷爆炸效果的实验及数值模拟

doi: 10.11883/1001-1455-(2015)03-0393-08
基金项目: 国家自然科学基金项目(10902038);陕西省科技攻关项目(2015SF280);陕西省重点科技创新团队计划项目(2012KCT-09);西安科技大学博士启动基金项目(2013QDJ048)
详细信息
    作者简介:

    罗振敏(1976—), 女, 博士, 教授, luozm9903@163.com

  • 中图分类号: O381

Experimental and numerical studies on the suppression of methane explosion using CO2 in a mini vessel

  • 摘要: 为了有效防治矿井瓦斯爆炸事故, 以瓦斯的主要成分甲烷作为模拟气体, 运用自主设计改装的XKWB-S型小尺寸石英玻璃管道实验系统, 结合高速摄影仪, 并采用FLACS数值模拟软件, 研究惰性气体抑爆条件下甲烷燃烧爆炸特性, 进行体积分数为6%~27%的CO2抑制体积分数为9%CH4爆炸的实验及数值模拟, 结果表明:各组分混合气体在爆炸传播过程中, 爆炸压力、火焰锋面速度和气体运动速度均呈现一定程度的波动, 且压力和速度没有同时达到最大值; CO2的加入有效抑制了甲烷/空气反应, 且添加CO2体积分数越大, 抑爆效果越明显, 模拟结果与实验结果基本吻合。
  • 图  1  XKWB-S实验系统结构示意图

    Figure  1.  Schematic of XKWB-S experimental setup

    图  2  不同气体组分下火焰传播过程

    Figure  2.  Flame propagation processes under different gas compositions

    图  3  不同气体组分下火焰锋面传播速度

    Figure  3.  Velocities of flame propagation under different gas compositions

    图  4  不同气体组分下火焰传播时间和平均速度的实验与数值模拟对比

    Figure  4.  Comparison of flame propagation time and average velocity between simulation and experiment under different gas compositions

    图  5  不同气体组分下气体爆炸压力模拟结果

    Figure  5.  Simulation results of explosion pressure under different gas compositions

    图  6  石英管道内最大垂直截面处模拟压力场、温度场和速度场分布

    Figure  6.  Distribution of pressure, temperature and velocity field in the cross section of quartz tube center by simulation

    图  7  管道中心处不同组分气体爆炸压力对比

    Figure  7.  Explosion pressure under different gas compositions in the center of quartz tube

    图  8  管道中心处不同组分气体运动速度对比

    Figure  8.  Velocities of reaction products under different gas compositions in the center of quartz tube

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-11-11
  • 修回日期:  2014-04-04
  • 刊出日期:  2015-05-25

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