细水雾抑制瓦斯爆炸实验与数值模拟研究

• 作 者: 唐建军
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 瓦斯爆炸 抑爆 细水雾 数值模拟 实验

我国煤矿日趋严重的瓦斯爆炸事故严重威胁着井下工作人员的生命安全,制约矿井生产的发展,给煤炭企业带来沉重的负担。尽管瓦斯爆炸事故频繁发生,但目前国内外还没有一项技术能控制三要素都具备的矿井瓦斯混合气体不爆炸。所以找到更好的控爆材料来结合新的技术来抑制瓦斯的爆炸,对于防止灾害的发生具有重要意义。改造原有20L近球形抑爆实验装置并在其内加入细水雾喷头,用原有的和改造后的实验装置分别进行实验。本文从瓦斯爆炸机理以及细水雾抑爆机理出发,分析了细水雾抑爆特性。从细水雾抑爆的物理特性与化学特性出发,应用Fluent软件中考虑基元反应并且导入CHEMKIN的涡耗散概念模型,结合流体力学三大基本守恒方程、湍流方程和理想气体状态方程,以及CHEMKIN的物化性质,进行数值模拟。对比密闭容器内的瓦斯爆炸数值模拟与实验结果发现最大爆炸压力与爆压上升速率除了个别值偏差较大,其他的偏差都在20%以内,基本相吻合。对比数值模拟和实验结果的爆炸压力随时间变化曲线,发现实验过程中压力曲线在达到最大值之后下降的原因是由于壁面传热与泄压造成的。通过数值模拟分析了爆炸的三个阶段:爆炸的初始阶段、爆炸的扩展阶段和爆炸的衰弱阶段。在基元反应中,分析了各个组分的摩尔浓度以及基元反应的化学反应速率。细水雾抑制瓦斯爆炸的数值模拟与实验结果对比,细水雾抑爆实验和数值模拟偏差较大,对数值模型提出了修正意见。通过对水抑制瓦斯爆炸数值模拟进行压力和温度均分析得出,对于爆炸有一定的削弱作用,其中对于链式反应的第一步的削弱最为明显,至少减少了50%。