非常温下多元气体对甲烷爆炸影响的数值模拟研究

来源 :西安科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhoudm2005
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作为煤矿内部的重大灾害之一,甲烷爆炸的突发性会导致大量的人员和财产损失。由于矿井内部环境相对复杂,其中煤自燃会升高井下温度同时产生少量烷烃气体、CO和H2等,这些因素会促进甲烷的燃烧爆炸。最大爆炸压力和温度是衡量其破坏程度的标准之一,也作为研究瓦斯爆炸灾害的重点,本文主要研究初始温度和矿井常见可燃气体体积分数两个因素对甲烷最大爆炸温度和压力的影响。本文利用Flacs模拟软件,研究了初始温度25℃下C2H4和CO体积分数对甲烷最大爆炸压力的影响并将结果与实验进行对比,验证了模拟的可行性。然后通过模拟研究了五种初始温度(25℃,60℃,100℃,140℃,180℃)下C2H4、C2H6、H2和CO体积分数分别对甲烷最大爆炸压力和温度的影响和这四种气体按不同比例混合后对甲烷最大爆炸压力和温度的影响。研究表明:甲烷体积分数为7%时,其最大爆炸压力和温度随单、多元可燃气体体积分数的增加而上升,体积分数为9.5%时,最大爆炸温度和压力则随含C2H4、C2H6和CO或其含量较多的多元可燃气体体积分数的增加呈略微上升后一直呈下降趋势,随H2增加,一直呈上升趋势,11%的甲烷最大爆炸温度和压力则均随单、多元气体体积分数的增加而下降。单元气体加入到甲烷中时,C2H6对甲烷最大爆炸温度和压力的影响最大,其次是C2H4。在多元气体加入到甲烷中时,含C2H6和C2H4比例较多的混合气体对甲烷最大爆炸温度和压力影响较大,H2和CO对甲烷最大爆炸温度和压力基本一致,且远小于C2H6和C2H4。甲烷最大爆炸温度和压力随四种可燃气体体积分数从0%增加到2.0%的上升幅度受初始温度影响:初始温度较低时升幅更大。与任意单、多元气体混合后的甲烷最大爆炸温度均随初始温度的增加而增加,而最大爆炸压力则随初始温度的增加而减小。甲烷最大爆炸温度随初始温度从25℃增加到180℃的上升幅度受可燃气体体积分数的影响规律为:甲烷体积分数为7%时,加入的四种可燃气体的体积分数或者他们的混合气体体积分数较低时升幅比可燃气体体积分数较高时要大;甲烷体积分数为9.5%和11%时,规律恰好相反,四种燃气体体积或他们的混合气体分数较低时,增幅比可燃气体体积分数较高时小。而最大爆炸压力随初始温度从25℃增加到180℃的下降幅度一直保持在36%和37%之间,这一降幅基本不受可燃气体体积分数影响。四种单元气体对甲烷最大爆炸温度和压力的加权影响在甲烷体积分数为7%时,与相应比例的混合气体对甲烷最大爆炸温度和压力的影响基本一致,但随着甲烷体积分数增加四种气体的加权最高温度和压力要明显小于混合气体使甲烷爆炸的最高温度和压力。
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