甲烷-煤塵復(fù)合火焰?zhèn)鞑ヌ匦约皺C(jī)理的研究.pdf

1、煤炭將在較長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)是我國(guó)能源的重要來(lái)源，雖然國(guó)家加大了對(duì)煤礦井下安全生產(chǎn)的監(jiān)管力度和技術(shù)投入，但煤礦瓦斯、煤塵爆炸事故仍然時(shí)有發(fā)生，給國(guó)家和人民帶來(lái)了巨大的傷害和損失。而煤礦井下的爆炸事故往往是瓦斯和煤塵共同參與的，對(duì)瓦斯和煤塵共同參與的復(fù)合體系的火焰?zhèn)鞑ヌ匦院蜋C(jī)理進(jìn)行研究，可以為煤礦井下爆炸災(zāi)害的預(yù)防和控制提供理論基礎(chǔ)。本文利用燃燒管道對(duì)甲烷/空氣預(yù)混氣體和甲烷/煤塵復(fù)合火焰進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)甲烷/空氣預(yù)混火焰的傳播特性進(jìn)行了分

2、析，對(duì)甲烷/煤塵復(fù)合火焰的傳播特性和機(jī)理及其影響因素進(jìn)行了深入的研究。 利用高速紋影儀等技術(shù)對(duì)閉口管道內(nèi)甲烷/空氣預(yù)混氣體火焰的傳播過(guò)程進(jìn)行了研究，對(duì)火焰的傳播過(guò)程和特征進(jìn)行了分析。當(dāng)甲烷含量接近當(dāng)量值時(shí)，預(yù)混氣體火焰?zhèn)鞑ブ袝?huì)發(fā)生火焰陣面由向未燃區(qū)彎曲到向已燃區(qū)彎曲的轉(zhuǎn)折過(guò)程，逐漸由層流燃燒向湍流燃燒轉(zhuǎn)變并形成Tulip火焰這種特殊的火焰結(jié)構(gòu)。Tulip火焰結(jié)構(gòu)形成于火焰?zhèn)鞑ニ俣妊杆俳档偷膮^(qū)間里，且只有當(dāng)減速階段的最大加速度絕對(duì)

3、值大于某一特定值時(shí)(本實(shí)驗(yàn)條件下約為156．8m/s<'2>)，Tulip火焰結(jié)構(gòu)才能夠形成。Tulip火焰結(jié)構(gòu)是預(yù)混火焰由層流燃燒向湍流燃燒轉(zhuǎn)變的一個(gè)中問(wèn)過(guò)程。 研究了燃料組分構(gòu)成λ(λ=復(fù)合體系中甲烷的理論耗氧氣量/復(fù)合體系中煤塵的理論耗氧氣量)、煤塵粒徑和煤塵種類(lèi)對(duì)復(fù)合火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊懀玫搅瞬煌瑢?shí)驗(yàn)條件下的火焰形態(tài)、火焰溫度和火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊缺碚骰鹧鎮(zhèn)鞑ヌ匦缘膮?shù)，分析了燃料組分構(gòu)成λ、煤塵粒徑和煤塵種類(lèi)變化時(shí)復(fù)合火焰?zhèn)?/p>

4、播特性的變化規(guī)律。 在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，分析了甲烷/煤塵復(fù)合體系燃燒反應(yīng)特性，提出了甲烷/煤塵復(fù)合火焰結(jié)構(gòu)。對(duì)燃料組分構(gòu)成、煤塵粒徑和煤塵種類(lèi)對(duì)復(fù)合體系燃燒反應(yīng)特性和火焰結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了深入的研究，揭示了復(fù)合體系燃燒反應(yīng)特性和火焰結(jié)構(gòu)的影響因素及其影響規(guī)律。 甲烷/煤塵復(fù)合火焰的傳播機(jī)理可以描述為：預(yù)熱區(qū)(Z<,0>)受到火焰前沿的熱對(duì)流和熱輻射而升溫；氣相火焰區(qū)(Z<,1>)主要為甲烷氣體的燃燒，它的燃燒放熱一部分傳遞

5、給未燃區(qū)，同時(shí)使得煤塵粒子的溫度升高；多相燃燒反應(yīng)區(qū)(Z<,2>)主要為煤塵粒子燃燒構(gòu)成，在這個(gè)區(qū)域中，煤塵粒子迅速的熱解，揮發(fā)分迅速燃燒，形成的焦炭也逐步的開(kāi)始燃燒；在上一燃燒過(guò)程中形成的焦炭在火焰區(qū)Z<,3>中持續(xù)的燃燒直至燃燒完畢。 復(fù)合火焰中甲烷的燃燒決定了溫度的上升時(shí)刻，而煤塵的燃燒決定了復(fù)合火焰溫度的最大值。對(duì)于甲烷/煤塵復(fù)合火焰，和單一的甲烷火焰或者煤塵火焰相比，由于甲烷的參與，使得復(fù)合火焰比單一的煤塵火焰具有更高