受限空间内CO2对CH4爆炸特性影响研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fengxun1985
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煤矿瓦斯爆炸事故对维持井下安全生产工作造成了很大阻碍,而今经过长期的实际使用,在矿山火区充填惰性气体抑爆的技术,正在逐步稳定。目前井下多数是CO2和CH4共同存在的情况,CO2作为一种惰性气体,它的存在会影响到CH4的燃烧爆炸性能。因此对CO2和CH4混合气体的燃烧爆炸及其热动力灾害致灾机制进行研究,为防治瓦斯爆炸技术奠定理论基础。本文选取CO2和CH4浓度不同的多个工况,首先通过理论研究,探求CO2含量对CH4爆炸特性(最大爆炸压力、最高热力学温度、爆炸极限)的量化关系,基于能量守恒定律计算CH4最高热力学温度,在充入同等浓度的CO2情况时,CH4的热力学温度峰值出现在CH4浓度为9%-10%范围内,在不充入CO2时,CH4的热力学温度的峰值出现在CH4浓度为9.5%时。随着增加充入CO2的浓度,CH4的最高热力学温度逐渐降低,整体上呈现出线性下降趋势。然后,模拟分析CO2含量对CH4的爆炸特性(最高热力学温度、最大爆炸压力)的量化关系,利用Chemkin软件模拟CH4爆炸过程,模拟研究分成两个部分:CH4爆炸过程反应动力学特性分析和关键反应基元步的敏感性分析。CH4的最大温度值出现在9%-12%的CH4浓度范围内,对CH4的最高热力学温度值模拟和理论对比分析,模拟值普遍高于理论值,但偏差在68K-76.6K。随着CO2浓度增加,CH4混合气体爆炸延迟时间差越大,产生的CO含量也在不断升高,产生的NO、NO2的含量同样也不断下降。最后,试验研究CO2对CH4的爆炸特性(最大爆炸压力、爆炸极限)的量化关系,实验分成两个部分:CH4-Air爆炸实验研究和CO2影响CH4-Air爆炸的实验研究,在20L密闭球形容器中,随着充注CO2含量不断增加,CH4起爆时间延迟,直到充注22%CO2含量时,CH4不再发生爆炸。CH4-Air爆炸实验测得CH4最佳爆炸浓度为10.5%,此时爆炸压力最大为2.798atm,和理论值(9.5%)进行对比,发现实验值高于理论值1%;CH4的爆炸极限为4.95%-14.55%。该论文有图88幅,表12个,参考文献81篇。
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