瓦斯爆炸影响下的煤尘爆炸火焰传播特性研究

"裴蓓等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，通过实验观察了爆炸超压、火焰速度、温度以及复合火焰形态的变化。实验在全透明有机玻璃管道中进行，利用同步控制系统、高速摄像和PIV技术进行数据采集。研究发现，随着甲烷体积分数增加，爆炸超压和压力上升速率增强，压力峰值提前，且当甲烷体积分数超过8.5%，压力曲线出现振荡。复合火焰的传播速度显著高于纯瓦斯爆炸，且其速度-位置曲线呈现波动上升。甲烷接近当量比时，爆炸超压、波前流速、火焰锋面温度和升温速率增大。甲烷体积分数在9.5%和8.5%时，复合火焰呈现“倒钩形”，随后快速加速；当甲烷体积分数下降至8.5%，火焰亮度减弱，结构破碎。PIV测试揭示，甲烷体积分数为9.5%时，初始爆炸强烈，冲击波速度快，煤粉被快速卷扬，湍流强度增加，促进煤粉与空气的混合和燃烧。这表明，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。该研究对于预防煤矿瓦斯煤尘爆炸事故具有重要指导意义。" 这篇研究论文详细探讨了在不同瓦斯浓度下，如何影响沉积煤尘的爆炸特性和火焰传播特性。研究人员在全透明管道中模拟了爆炸环境，利用高级实验设备如同步控制系统、高速摄像机和粒子成像测速系统(PIV)来观测和分析爆炸过程。实验结果显示，甲烷含量的增加会显著提高爆炸超压和压力上升速率，同时使得压力峰值提前出现。当甲烷达到一定比例（超过8.5%）时，这种效应更加显著，压力曲线甚至出现振荡现象。 此外，论文还强调了甲烷与煤尘复合火焰的传播速度远高于纯瓦斯爆炸，且这种速度随位置变化的曲线呈现出波动上升的趋势。甲烷接近当量比时，爆炸的强烈程度、波前流速、火焰锋面的温度及其上升速率都会提高。特别地，当甲烷体积分数为9.5%和8.5%时，复合火焰的形状独特，先呈“倒钩形”后迅速加速。而当甲烷减少到8.5%以下，火焰亮度变弱，结构变得破碎且不连续。 PIV测试进一步揭示了甲烷含量为9.5%时，初始爆炸的强烈冲击波能够快速卷扬煤粉，形成高强度的湍流区域，从而加速了煤粉与空气的混合，促进燃烧。这一发现表明，高冲击波速度和高温的火焰锋面是复合火焰加速的关键因素。 这些研究结果对于理解和预防煤矿瓦斯煤尘爆炸事件具有重要的理论和实践价值，有助于制定更有效的安全策略和防护措施。通过深入理解爆炸机制，可以优化矿井通风系统，防止或减少此类事故的发生，保障矿工的生命安全。