甲烷、煤尘火焰结构及传播特性的研究

论文摘要

我国煤矿频繁发生的瓦斯、煤尘爆炸事故给人民的生命和财产安全带来了严重的威胁。为确保煤矿安全、高效的生产，必须对煤矿爆炸事故的发生和发展有全面、充分的认识，以揭示其发生的内在机理。 在本研究中建立了火焰精细结构探测实验台，该实验台可以对气体火焰、粉尘火焰及气固两相火焰的结构及传播机理进行研究分析。 利用火焰精细结构探测实验台首先在开放管道中对煤尘空气混合物的着火特性进行了实验，进而在封闭管道中研究了甲烷空气预混火焰的传播。在一定的条件下，以球面在管道中传播的火焰会形成Tulip火焰。实验证明Tulip火焰的生成和初始混合物的化学当量比是有关系的，它只在一定的化学当量比范围内存在。甲烷空气预混火焰燃烧后其火焰面接触到燃烧管的壁面会造成火焰传播速度的下降，因此会引发Tulip火焰。 测量了不同实验参数条件下，甲烷煤尘混合物中煤尘的最低爆炸浓度。利用高速纹影、微细热电偶、离子探针和光电管系统地分析了甲烷煤尘复合火焰的传播特性。研究结果表明，在煤尘空气混合物中添加适量的甲烷能明显降低煤尘的最低爆炸浓度，粒径对甲烷-煤尘-空气混合物中煤尘最低爆炸浓度的影响较弱。在一定的甲烷浓度和煤尘浓度范围内，增加甲烷浓度、降低煤尘粒径、提高煤尘中的挥发分均会增加复合火焰的传播速度。在本文的甲烷浓度、煤尘粒径分布范围下，甲烷煤尘复合火焰传播速度随着煤尘浓度的增加有一个先上升后下降的过程。 通过同步分析高速摄像系统和纹影系统记录的火焰传播图片以及燃烧过程

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 图表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 前人研究的不足之处
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 实验装置和测试方法
• 2.1 实验系统介绍
• 2.1.1 燃烧管
• 2.1.2 喷粉及配气系统
• 2.1.3 温度和离子电流测量系统
• 2.1.4 光电管测试系统
• 2.1.5 高压点火系统
• 2.1.6 数据采集仪
• 2.1.7 高速摄像机
• 2.1.8 纹影系统
• 2.1.9 时间控制系统
• 2.2 煤样样品准备
• 2.3 实验条件及步骤
• 2.4 甲烷喷出体积的测定
• 第三章 单一煤尘空气火焰和甲烷空气预混火焰的传播
• 3.1 单一煤尘空气混合物火焰在管道内的传播
• 3.2 单一甲烷空气预混火焰在管道内的传播特性
• 3.2.1 实验系统及测试方法
• 3.2.2 实验结果与分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 甲烷煤尘复合火焰的传播特性
• 4.1 甲烷煤尘混合物中煤尘最低爆炸浓度的测量
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 煤样准备
• 4.1.3 实验条件及步骤
• 4.1.4 实验结果与分析
• 4.1.5 小结
• 4.2 基于高速摄像技术的火焰传播特性分析
• 4.3 煤尘粒径、浓度、种类和甲烷浓度对复合火焰特性的影响
• 4.3.1 基于煤尘粒径的对比分析
• 4.3.2 基于甲烷浓度的对比分析
• 4.3.3 基于煤尘种类的对比分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 甲烷煤尘复合火焰的结构及其传播机理
• 5.1 甲烷煤尘复合火焰的结构
• 5.2 甲烷煤尘复合火焰的传播机理
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本论文的主要结论
• 6.2 论文的创新点
• 6.3 不足与工作展望
• 附录Ⅰ 在学科研和学术论文