采空区多组分气体爆炸特性及其数值模拟

论文摘要

控制瓦斯爆炸事故的发生是目前煤矿安全生产工作中迫切需要解决的课题。本文是依托国家“十一五”科技攻关项目“矿井火灾综合整治技术及爆炸危险性条件判别技术”和2006年辽宁省高等学校科研计划项目“矿井火灾爆炸危险性判别技术研究”开展研究的。首先对采空区多组分气体产生及聚积规律进行了阐述,其次分析了温度、压力、瓦斯浓度对多组分气体爆炸极限的影响。通过理论分析和合理简化,建立了采空区瓦斯爆炸的数学模型,并模拟了不同瓦斯浓度时的爆炸温度和爆炸压力分布情况,得出了瓦斯浓度对多组分气体爆炸的影响,其中瓦斯浓度为10%时的爆炸压力和爆炸温度最高。此外,还将计算数据与实验数据进行了对比,结果比较吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容
• 2 采空区多组分气体产生及聚积规律
• 2.1 采空区多组分气体的来源
• 2.1.1 煤层吸附瓦斯来源
• 2.1.2 煤氧复合过程产生的可燃性气体
• 2.1.3 煤的热解过程
• 2.2 采空区多组分气体运移规律
• 2.2.1 非线性渗流方程
• 2.2.2 采空区气体运移控制微分方程的定解条件
• 2.3 采空区多组分气体聚积规律
• 2.4 本章小结
• 3 采空区多组分气体的爆炸特征研究
• 3.1 瓦斯爆炸的基本概念
• 3.2 瓦斯爆炸条件
• 3.3 多组分气体爆炸的基本参数
• 3.4 多组分气体爆炸的极限浓度计算
• 3.4.1 氧浓度极限理论计算
• 3.4.2 混合气体的爆炸极限理论计算
• 3.5 多组分气体的爆炸参数理论计算
• 3.5.1 最大爆炸压力的理论计算
• 3.5.2 爆炸能量的理论估算
• 3.5.3 爆炸压力的上升速率理论估算
• 3.6 爆炸界限及其主要影响因素
• 3.6.1 温度对爆炸极限的影响
• 3.6.2 气压对爆炸极限的影响
• 3.6.3 氧浓度对爆炸极限的影响
• 3.6.4 其它可燃气体存在的影响
• 3.6.5 惰气对爆炸极限的影响
• 3.7 本章小结
• 4 采空区多组分气体爆炸的数学模型
• 4.1 采空区多组分气体爆炸的物理模型
• 4.2 采空区多组分气体爆炸的物理模型的简化假设
• 4.3 采空区多组分气体爆炸的通用工程数学模型的建立
• 4.4 边界条件
• 4.5 初始条件
• 4.6 采空区多组分气体爆炸的区域模型
• 4.7 应用程序介绍
• 4.7.1 FEMLAB 软件介绍
• 4.7.2 Tecplot 简介
• 4.8 本章小结
• 5 采空区多组分气体的数值模拟结果与分析
• 5.1 数值方法
• 5.1.1 控制方程组的通用形式
• 5.1.2 积分区域网格化和微分方程离散化的方法
• 5.1.2.1 积分区域网格化
• 5.1.2.2 微分方程离散化的方法
• 5.1.3 网格划分
• 5.1.4 数值解法
• 5.1.4.1 改进的 SIMPLE 算法
• 5.1.5 离散方程的求解
• 5.1.6 计算流程图
• 5.2 数值模拟的结果
• 5.3 模拟结果分析
• 5.3.1 模拟结果与实验结果的比较
• 5.3.2 模拟结果与理论分析的比较
• 5.3.3 模拟结果的结论
• 5.4 本章小结
• 6 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 攻读硕士期间已发表论文及参与科研项目
• 致谢
• 参考文献