密闭管道甲烷火焰传播及其抑爆特性研究

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随着社会的进步、工业的发展以及人们生活水平的提高,清洁能源得到了广泛的应用。甲烷作为煤层气、天然气等优质清洁能源的主要成分,对其开展爆炸特性及安全性研究具有十分重要的意义。利用可视化方形密闭管道及纹影/高速摄影技术对甲烷爆炸火焰传播过程及二氧化碳对甲烷抑爆火焰传播过程进行了研究。研究结果如下:(1)对可视化方形密闭管道以及实验方式进行了改进,提高了装置气密性、可操作性。(2)利用可视化方形密闭管道及高速摄影技术对5.5%、7.5%、9.5%、13.5%、14.5%体积分数下甲烷/空气预混气体的爆炸火焰传播过程及压力变化进行了研究,同时采用纹影/高速摄影技术对9.5%体积分数下甲烷/空气预混气体爆炸火焰微观结构进行了研究。结果表明:爆炸压力随着甲烷体积分数的升高,呈现先升高后降低的趋势;火焰传播速度随甲烷体积分数升高呈现出先增大后减小的趋势,并在传播末段出现波动。(3)甲烷体积分数为5.5%和14.5%的情况下,均出现了“半平面火焰”,在体积分数为13.5%、14.5%时,火焰传播的后期出现了“双重Tulip火焰”。(4)选取甲烷体积分数为9.5%条件下的甲烷/空气预混气体作为研究对象,分别通入体积分数为3%、6%、9%、12%、15%、18%的二氧化碳进行抑爆特性实验,结果表明:爆炸压力随二氧化碳体积分数上升,呈现出下降的趋势,火焰传播速度呈现减小的趋势。对纹影/高速摄影图像分析表明:各组实验中火焰传播的后期均出现了“半平面火焰”现象;二氧化碳体积分数低于18%的各组实验中均在火焰传播中期形成“准平面火焰”,且在中后期火焰前锋阵面形成了“Tulip火焰”结构;在二氧化碳体积分数6%的火焰前锋阵面上出现“双重Tulip”现象。二氧化碳体积分数到达12%、15%时,火焰前锋阵面出现“双重半平面火焰”现象;二氧化碳体积分数到达18%时,火焰前锋阵面“Tulip火焰”现象消失,二氧化碳体积分数达到20%时预混气体达到熄燃点,完全抑爆。(5)在甲烷/空气预混气体及其抑爆火焰传播过程中,“Tulip火焰”现象出现时,预混气体火焰开始由层流燃烧向湍流燃烧转变,火焰前锋阵面结构转变由火焰边沿开始(小尺寸涡流出现)蔓延至整个锋面(类胞格结构出现)。
摘要第4-6页
abstract第6-7页
1 绪论第10-17页
    1.1 研究背景和意义第10-13页
        1.1.1 研究背景第10-12页
        1.1.2 甲烷爆炸特性及惰性气体对甲烷抑爆研究的意义第12-13页
    1.2 国内外研究现状第13-15页
        1.2.1 国外研究现状第13-14页
        1.2.2 国内研究现状第14-15页
    1.3 研究内容第15-16页
    1.4 论文研究路线图第16-17页
2 甲烷爆炸及抑爆的相关理论第17-28页
    2.1 可燃气体爆炸的形式第17-19页
    2.2 甲烷爆炸机理第19-21页
    2.3 可燃气体爆炸特性参数第21-22页
    2.4 火焰传播理论第22-26页
        2.4.1 预混火焰燃烧理论第22-23页
        2.4.2 层流火焰传播第23-24页
        2.4.3 湍流火焰传播第24页
        2.4.4 湍流作用机理第24-25页
        2.4.5 前驱压力波的正反馈机制第25-26页
    2.5 惰性气体抑爆原理第26-27页
    2.6 本章小结第27-28页
3 可视化方形密闭管道系统及其改造第28-35页
    3.1 可视化方形密闭管道系统第28-32页
        3.1.1 可视化方形密闭管道第28-29页
        3.1.2 配气系统第29-30页
        3.1.3 高压点火及信号采集系统第30-31页
        3.1.4 高速摄影系统第31页
        3.1.5 纹影仪第31-32页
    3.2 可视化方形密闭管道装置改造第32-34页
    3.3 实验步骤第34页
    3.4 本章小结第34-35页
4 甲烷/空气预混气体火焰传播过程研究第35-49页
    4.1 爆炸极限的测试第35-36页
    4.2 爆炸压力的分析第36-37页
    4.3 火焰传播结构分析第37-42页
    4.4 火焰传播速度分析第42-45页
    4.5 火焰分析第45-46页
    4.6 9.5 %甲烷/空气预混气体火焰传播的纹影图像分析第46-48页
    4.7 本章小结第48-49页
5 二氧化碳对甲烷/空气预混气体抑爆过程研究第49-64页
    5.1 二氧化碳对甲烷/空气预混气体爆炸压力的影响第49-50页
    5.2 火焰传播结构分析第50-59页
    5.3 火焰传播速度分析第59-63页
    5.4 本章小结第63-64页
6 结论与展望第64-67页
    6.1 结论第64-65页
    6.2 不足与展望第65-67页
参考文献第67-72页
攻读硕士期间取得的研究成果第72-73页
致谢第73-74页
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