罐状空间内含尘甲烷爆炸流场变化试验研究

摘要

为了研究罐状空间内不同浓度的煤尘对含尘甲烷爆炸流场变化的影响，使用60 L的定容燃烧弹为试验装置，在试验装置的同一个断面上布置4个压力传感器，按照上、下、左、右位置命名为P_U、P_L、P_D、P_R,通过爆炸压力以及激光纹影系统拍摄的火焰图像，分析爆炸压力与火焰结构的变化情况。试验共设计6组工况，试验选用浓度为9.5%的甲烷空气预混气体，再分别往气体中加入0 g/m³、5 g/m³、10 g/m³、15 g/m³、20 g/m³、25 g/m³的煤尘进行试验。试验结果表明：单一甲烷爆炸时，爆炸压力变化共分为4个阶段：压力上升阶段，压力降低阶段，二次上升阶段以及持续降低阶段，其中P_U传感器压力峰值最大，上升速率最快。在含氧量恒定的情况下，含尘甲烷爆炸的压力峰值随煤尘浓度的增加呈现先增大后减小的规律，煤尘浓度为15 g/m³时，爆炸压力最大值为598.697 kPa。爆炸火焰结构演化过程分为3个阶段：层流阶段，胞状不稳定阶段以及湍流阶段。流场中的扰动导致火焰锋面产生了褶皱，煤尘浓度的增加，加大了煤尘粒子对火焰扰动的影响，加速了火焰结构的演化过程。

关键词

甲烷 / 煤尘 / 定容燃烧弹 / 激光纹影系统 / 含氧量

基金资助

国家自然科学基金(51874134、51374108); “十三五”国家重点研发计(2016YFC0801502)