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瓦斯爆炸事故的发生是多种条件共同作用的结果,同时也受多种初始因素的影响,诸如初始温度、湿度、初始压力、氧含量等。瓦斯爆炸机理涉及多元复杂理论和试验技术难题,灾害发生过程的复杂性、瞬时性制约着瓦斯事故防治技术的提升。针对这些问题,综合运用理论分析、实验研究及数值模拟等方法系统地研究初始温度这一环境条件对瓦斯爆炸特性的影响。 本文以瓦斯爆炸反应机理为基础分析了瓦斯爆炸条件、反应的化学计量浓度与最佳浓度,探讨了常温常压下瓦斯爆炸极限的计算方法及其影响因素。在此基础上,分析了初始温度的变化对瓦斯爆炸特性表征参数、瓦斯爆炸极限的影响,并在等温模型的基础上给出了爆炸特性参数的计算关系式。 运用特殊环境20L爆炸特性实验装置对不同初始温度条件下瓦斯爆炸特性进行了实验研究。研究发现,在瓦斯点爆的前提下,随着初始温度的增加,化学反应速率加快,点火延迟时间减小,最大爆炸压力降低,爆炸极限范围变宽。在实验研究的温度变化范围内,最大压力上升速率基本不变。初始温度与点火延迟时间,最大爆炸压力,爆炸上、下限均呈非线性衰减或增加关系,并分别给出了拟合公式。在本实验所测试的初始温度变化范围内,温度对瓦斯爆炸上限的影响效果要大于对瓦斯爆炸下限的影响效果。 根据瓦斯燃烧爆炸反应的特点,建立了密闭容器内可燃气体爆炸过程的控制方程,然后借助CFD流场模拟平台,运用SIMPLE算法对不同初始温度下的瓦斯爆炸过程进行了数值模拟。模拟结果清晰的反映了爆炸后不同时刻流场中爆炸压力、火焰温度、各组分浓度的变化,模拟结果与实验值基本吻合。 论文得到的大量的实验数值及一些规律性的结论对煤层气利用工艺、煤矿安全生产及爆炸事故调查分析等具有重要的指导意义。