瓦斯爆炸影响下的煤尘爆炸特性与火焰传播

"裴蓓等人通过在全透明有机玻璃管道中进行实验，研究了不同瓦斯爆炸强度对沉积煤尘爆炸及火焰传播特性的影响。他们利用同步控制系统、高速摄像系统和PIV技术，从爆炸超压、火焰传播速度、火焰温度以及复合火焰的演化规律等角度进行了深入探讨，并分析了煤尘卷扬过程中的湍流特性。实验结果显示，随着甲烷体积分数的增加，爆炸超压和压力上升速率显著增强，压力峰值提前，且当甲烷体积分数超过8.5%时，压力曲线出现振荡。复合火焰传播速度远高于纯瓦斯爆炸，其速度-位置曲线呈波动上升趋势。甲烷浓度接近当量比时，爆炸超压、波前流速、火焰锋面温度及温度上升速率更高。甲烷体积分数为9.5%和8.5%时，复合火焰呈现‘倒钩形’，随后迅速加速；而当体积分数降至8.5%后，火焰亮度下降，结构变得破碎不连续。PIV测试显示，甲烷体积分数为9.5%时，初始爆炸强度大，波前流速快，煤粉能随冲击波快速移动，湍流强度增加，促进了煤粉与空气的混合和燃烧。高冲击波波前流速和火焰锋面温度是导致甲烷/煤尘复合火焰加速的关键因素。这些研究结果为瓦斯/煤尘爆炸的防治提供了理论依据。" 本文详细探讨了在煤矿安全领域的重要问题——瓦斯爆炸与煤尘爆炸的相互作用。研究团队在实验中使用先进的实验设备，对不同甲烷浓度下的爆炸特性进行了细致观察。他们发现，甲烷含量的增加会加剧爆炸的剧烈程度，表现为爆炸超压的增大、压力上升速率的提升以及压力曲线的振荡。火焰传播速度在甲烷与煤尘的复合爆炸中表现出显著的提升，其速度-位置曲线呈现波动上升，显示出复杂的动态行为。此外，甲烷浓度对火焰形态和传播速度有直接影响，当浓度达到一定阈值时，火焰形状会发生变化，如形成“倒钩形”，并可能导致加速燃烧。 煤尘卷扬过程中的湍流特性也是影响爆炸的重要因素。甲烷体积分数为9.5%时，初始爆炸强烈，波前流速快，这使得煤粉能够迅速被卷扬并混合到空气中，加速燃烧过程。湍流强度的提高有助于煤尘与氧气的混合，从而促进爆炸的发展。研究人员强调，冲击波波前流速和火焰锋面温度是决定复合火焰加速的关键参数，这对于理解瓦斯/煤尘复合爆炸的动力学机制具有重要意义，也为预防和控制这类爆炸提供了科学依据。 总结起来，这篇研究揭示了不同瓦斯爆炸强度如何影响煤尘爆炸的特性，特别是火焰传播的速度和形态，以及煤尘卷扬过程中的湍流效应。这些发现对于优化矿井安全措施，减少瓦斯/煤尘爆炸事故的风险具有实际指导价值。