湍流的诱导及对瓦斯爆炸火焰传播的作用
第32卷第2期
2003年3月
中国矿业大学
JournalofChinaUniversityofMining&Technology
V o1.32No.2
Mar.2003
文章编号:1000—1964(2003)02—0107—04
湍流的诱导及对瓦斯爆炸火焰传播的作用
林柏泉，菅从光，周世宁
(中国矿业大学能源科学与工程学院，江苏徐州221OO8)
摘要：对巷道面积突变和巷道分叉对瓦斯爆炸过程中火焰传播速度的影响进行了试验研究，并
利用加速环研究了巷道支架对瓦斯爆炸传播规律的影响，在此基础上对湍流的形成过程进行了
理论分析.研究结果表明，管路分叉，面积突变对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律有重要影响，导致
产生附加湍流，使瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度迅速增大；在管道内装加速环，将使瓦斯爆炸
过程中湍流度加剧，火焰的传播速度更大，激波生成的位置，最大点位置前移，强度增大.研究结
果对指导现场防治瓦斯爆炸和减轻瓦斯爆炸的威力具有重要作用.
关键词：面积突变；爆炸；湍流；激波
中图分类号:TD712.7文献标识码:A
矿井瓦斯爆炸是煤矿重大恶性事故之一，同时
又是一个十分复杂的理论与实验技术课题.如何有
效地防治煤矿瓦斯爆炸事故的发生，对煤矿安全生
the cabin in the woods
产具有十分重要的意义[1].特别是近年来，随着矿井开采深度加大和开采强度的提高，瓦斯涌出量急剧增加，恶性瓦斯爆炸事故时有发生.如2001年全国煤矿一次死亡1O人以上的特大事故中，瓦斯爆炸事故占8O左右;2002年6月20日鸡西发生的"6.20"瓦斯爆炸事故，造成124人死亡，在社会上
影响很大.事故中暴露出若干重大理论与技术问题亟待解决，如瓦斯爆炸过程中火焰的传播规律，爆燃转爆轰的条件，井下巷道断面面积变化及分又等结构异常因素对火焰传播规律的影响等.针对这种情况，本文通过实验室试验对管道结构异常(面积变化，分叉)对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的影响进行了研究，以期对矿井瓦斯爆炸的理论研究有所裨益，对防治矿井瓦斯爆炸有所帮助.
1试验系统
试验系统——"瓦斯爆炸试验系统"结构框图
如图1所示.系统包括6个部分，即瓦斯爆炸试验腔体，动态数值采集分析系统，火焰速度测量系统, 瓦斯爆炸压力测量系统和瓦斯爆炸点火装置，它们的主要特征及功能参见文献E2].
瓦斯爆炸试验腔体enthusiasm怎么读
如何挽回老公瓦斯爆炸Il火焰速度ll瓦斯爆炸压
点火装置Il测量系统ll力测量系统
动态数值采集分析系统
图1瓦斯爆炸试验系统不意图
Fig.1Schematicdiagramoftheexperimental systemforgaxplosion
管道面积突变试验分为两种情况：一种是腔体
为80mmx80mm的方管，另一种是把长0.5m,
直径为300mm的圆管用大小头管子与方管连接,
形成管道面积突然扩大和突然缩小l1倍的两个截
面，如图2所示.对面积突变管路系统又分为装加
速环和无加速环两种情况.在长径比L/d=16,22,
europeans28处布置有3个测点，分别测量变截面前，后瓦斯
爆炸参数的变化特征.分叉管道试验是在80mmx
80mm方管中进行的，分别对80mmx80mm直
管和分叉管路中火焰的传播速度进行了研究.对分
叉管路，分别在两管对称点L/d一22,28,48,52处
布置测点，比较长径比L/d相同点的火焰速度变
化规律.
在瓦斯爆炸试验腔体的不同位置安装各种传
感器.试验时，将配置好的一定瓦斯浓度(体积分
收稿日期:2002—06—14
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50134040,59974028)；国家"十五"科技攻关重点资助项目(2001BA803B0401)；教育部科学技
术研究重点资助项目(重点01027)
作者简介：林柏泉(1960一)，男，福建省龙岩市人，中国矿业大学教授，工学博士，博士生导师，主要从事安全技术及工程方面的研究.
1O8中国矿业大学第32卷
加速环/\
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图2变截面管路布置不意图
Fig.2Schematicdiagramofthevariable
cross—ctionchannel
vibe x
数)的气体充入瓦斯爆炸试验腔体，然后调试动态数据采集分析系统，根据需要设定相应的采样率, 采样长度及相关参数，使之处于自动采集状态，最后利用高压电火花点火装置点火起爆，自动采集和测定瓦斯爆炸过程中的有关参数.
debonair2试验结果及分析
2.1管道面积突变的影响
试验在80mm×80mm的直管和管道面积突
然扩大，缩小11倍的80minx80inin直管中进行, 瓦斯爆炸过程中火焰传播速度随L/d变化的曲
线如图3所示(图中各试验点都是多次试验数据的算术平均值).
由图3可见，当管道面积突然扩大或缩小时,
火焰传播速度均迅速增大.由L/d=16(变截面前) 8oo
600
4oo
2oo
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L}d
thebigbangtheory图3管道截面积突变对瓦斯爆炸
火焰传播速度的影响
Fig.3Theeffectofsuddenchangeofction onflamepropagationspeedingaxplosion
300
'
m200
●
曼100
的9.564in/s增大到L/d一22(面积突然扩大)时
的64.32m/s,L/d=28(截面积突然缩小)时的
82.38in/s，在L/d一70处达到最大值，为
577.62in/s.有加速环时，增大的幅度更大：由L/d
肤浅的英文一16时的95.2in/s增大到L/d一22时的
370.14in/s,L/d=28时的451.41in/s，同样在/
d一70处达到最大值，为625.54in/s.究其原因,
笔者认为是由于面积突变，加速环产生了强烈的湍流脉动，使下游流体的湍流度增大所致.L/d一70 时，火焰速度达到最大值，然后逐渐减小直至熄灭, 其主要原因是管道系统端口封闭产生的反射波影响所致.
需要强调的一点是：管道面积突然扩大比突然
缩小使火焰传播速度增大的程度要大得多，火焰传播的最大速度不是在管道面积突然缩小处，而是往
后推移到L/d一70处.其主要原因是火焰刚进入截面突然扩大区域时，湍流度的产生最剧烈；截面突然缩小时，最大湍流度不是在截面突然缩小处, 而是往后推移至某一断面.
2.2管道分叉的影响
试验是在8Oinin×8Oinin的直管，分叉管路
(两管相互垂直)中进行的.试验结果如图4,5所不.
图4管道分叉对火焰传播速度的影响
Fig.4Theeffectofpipebifurcationonflame propagationspeedingaxplosion 1022284812345
