甲烷爆炸初期火焰传播规律尺度效应研究

《不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播特性的实验研究》篇一一、引言甲烷是一种常见的可燃气体，其爆炸特性的研究对于工业安全、环境保护以及灾害预防等领域具有重要意义。

本文旨在通过实验研究不同浓度甲烷在管状空间内的爆炸传播特性，以期为相关领域提供理论依据和实践指导。

二、实验材料与方法1. 实验材料本实验所需材料包括甲烷气体、空气、管状容器、测量设备等。

其中，甲烷气体的浓度为设定变量，分别设置不同浓度梯度进行实验。

2. 实验方法（1）制备管状空间：选用适当长度的钢管作为实验容器，将其密封并连接至测量设备。

（2）充气与点火：将甲烷与空气按设定比例混合后充入管状空间，通过电火花点火装置引发爆炸。

（3）数据采集：使用高速摄像机、压力传感器等设备记录爆炸过程中的压力变化、火焰传播速度等数据。

（4）数据分析：对采集到的数据进行分析，研究不同浓度甲烷在管状空间内的爆炸传播特性。

三、实验结果与分析1. 爆炸压力变化实验结果显示，随着甲烷浓度的增加，管状空间内的爆炸压力先增大后减小。

在甲烷浓度适中时，爆炸压力达到最大值。

这一现象与甲烷的燃烧特性及氧气含量有关。

2. 火焰传播速度火焰传播速度随甲烷浓度的变化呈现出类似“钟形曲线”的趋势。

在甲烷浓度较低或较高时，火焰传播速度较慢；在甲烷浓度适中时，火焰传播速度达到最大值。

这表明存在一个最佳的甲烷浓度范围，使得火焰传播速度最快。

3. 爆炸传播特性不同浓度的甲烷在管状空间内的爆炸传播特性存在差异。

低浓度甲烷的爆炸传播过程较为平缓，而高浓度甲烷的爆炸则具有较大的破坏力。

在管状空间内，火焰的传播受到空间形状的影响，表现出一定的规律性。

四、讨论与结论通过对不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播特性的实验研究，我们得出以下结论：1. 甲烷浓度对爆炸压力和火焰传播速度具有显著影响。

在一定的甲烷浓度范围内，爆炸压力和火焰传播速度达到最大值。

这一范围对于工业安全和灾害预防具有重要意义。

2. 管状空间的形状对火焰的传播具有一定影响。

《不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播特性的实验研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和安全防护的需求，甲烷作为易燃易爆的能源介质，其燃烧和爆炸特性的研究显得尤为重要。

本文旨在研究不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播的特性和规律，以期为相关领域的科学研究和技术应用提供理论依据和指导。

二、实验材料与方法1. 实验材料本实验所需材料包括甲烷气体、空气、管状空间装置（如玻璃管、金属管等）、高速摄像机、压力传感器等。

2. 实验方法（1）制备不同浓度的甲烷混合气体，分别充入管状空间装置中。

（2）利用点火装置在管状空间的一端点燃甲烷混合气体。

（3）通过高速摄像机记录爆炸传播过程，同时利用压力传感器测量管内压力变化。

（4）对实验数据进行处理和分析，得出不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播的特性。

三、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，我们得到了不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播的压力变化曲线和图像记录。

结果表明，随着甲烷浓度的变化，爆炸传播的速度、压力峰值等参数均有所变化。

2. 结果分析（1）甲烷浓度对爆炸传播速度的影响实验发现，在一定范围内，甲烷浓度越高，爆炸传播速度越快。

然而，当甲烷浓度超过一定值时，爆炸传播速度反而会降低。

这可能是由于高浓度甲烷在燃烧过程中产生的热量和气体膨胀力较大，但同时也会抑制燃烧反应的进行。

（2）甲烷浓度对爆炸压力峰值的影响实验结果表明，随着甲烷浓度的增加，爆炸压力峰值先增大后减小。

这可能是由于在合适浓度的甲烷混合气体中，燃烧反应更加充分，产生的热量和气体膨胀力更大，从而使得爆炸压力峰值增大。

然而，当甲烷浓度过高或过低时，燃烧反应的效率降低，导致爆炸压力峰值减小。

（3）爆炸传播过程中的其他特性除了速度和压力峰值外，我们还观察到爆炸传播过程中火焰形态、温度变化等其他特性。

这些特性也与甲烷浓度密切相关，值得进一步研究和探讨。

四、结论本文通过实验研究了不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播的特性。

结果表明，甲烷浓度对爆炸传播速度和压力峰值有显著影响。

《柱状空间内不同浓度甲烷爆炸传播特性的实验研究》篇一一、引言甲烷是一种常见的气体，具有高度的可燃性。

在工业生产和储存过程中，甲烷的泄漏和积聚往往可能引发爆炸事故，对人员安全和财产安全构成严重威胁。

因此，研究柱状空间内不同浓度甲烷爆炸传播特性对于预防和控制此类事故具有重要意义。

本文通过实验研究，探讨了柱状空间内不同浓度甲烷爆炸的传播特性，以期为相关领域的科研和工程实践提供参考。

二、实验设备与方法2.1 实验设备实验设备主要包括甲烷气体、爆炸实验装置、压力传感器、高速摄像机和数据处理系统等。

其中，爆炸实验装置为一个封闭的柱状空间，可用于模拟不同环境和条件下的甲烷爆炸。

2.2 实验方法实验过程中，首先将甲烷气体充入柱状空间内，调整甲烷的浓度，分别进行多次爆炸实验。

实验过程中，利用压力传感器和高速摄像机记录爆炸过程中的压力变化和火焰传播情况。

实验结束后，通过数据处理系统对实验数据进行处理和分析。

三、实验结果与分析3.1 甲烷浓度与爆炸传播特性的关系实验结果显示，柱状空间内甲烷的爆炸传播特性与甲烷浓度密切相关。

在低浓度下，甲烷爆炸的传播速度较慢，火焰传播距离较短；随着甲烷浓度的增加，爆炸传播速度逐渐加快，火焰传播距离也相应增加。

然而，当甲烷浓度达到一定值时，爆炸传播速度反而会降低，这是因为过高的甲烷浓度可能导致火焰传播过程中的自熄灭现象。

3.2 甲烷爆炸过程中的压力变化在甲烷爆炸过程中，柱状空间内的压力会随着火焰的传播而发生变化。

实验结果显示，随着甲烷浓度的增加，爆炸过程中的最大压力值也会相应增加。

然而，需要注意的是，过高的甲烷浓度可能导致爆炸过程中出现负压现象，即火焰传播过程中出现局部真空区域，这对人员的安全和设备的正常运行都可能造成不利影响。

3.3 火焰传播的图像分析通过高速摄像机记录的火焰传播图像，我们可以更直观地了解甲烷爆炸过程中的火焰传播情况。

图像分析显示，不同浓度的甲烷在爆炸过程中呈现出不同的火焰形态和传播速度。

Microscopic Research of Flame Propagation on Methane-AirExplosionAbstractCombustible gas explosion is one of the main explosion disasters in the field of industrial production in China, especially that gas explosion accident in the coal mine is the most common, which causes great damage to people's lives and property, both the frequency of explosion and the casualty it induces exert a huge shadow on juried mass psychology. Therefore, the study on characteristics and mechanism of gas explosion in pipeline is helpful for better preventing and controlling of gas explosion disasters in pipeline. In recent years, researches on the process of gas explosion propagation has been paid more and more attention, and the research contents are more widely.Utilizing the transparent pipeline gas explosion experimental appliance created by Security technology research center for fire and explosion prevention in North University of China and high-speed photography technology to measure the gas explosion flame propagation, the gas methane-air mixture explosion process were experimentally studied under the normal temperature and normal pressure. Research contents are as follows:(1) The dynamic microcosmic propagation of Methane explosion flame in a horizontal pipeline was clearly recorded by high-speed cameras, and the flame front instant velocity was calculated using MA TLAB software programming.(2) Flame propagation conditions, such as the appearing, ending and duration in the pipe were experimental studied when the methane concentration ranged from 7% to 13%, analysis of different concentrations of methane on flame propagation speed and on the microcosmic structure of the flame were made. The experimental results show that the flame propagation speed does not change significantly when the methane concentration is between 7-8%, the biggest speed is about 70 m/s. After that the flame speed rises rapidly, with the maximum speed of about 130-140 m/s. When the increasing methane concentration is more than 10%, the normal concentration, the flame speed propagation startes to slow down, expect 12%when the speed improves slightly. Methane explosion flame appears at about 32 ms after ignition with the equivalent concentration, and spreads fast, lasting a short duration, about 30 ms. The flame has a spherical face when it appears, then the regular shape is terminated into the flame acceleration on the wall directions respectively, Flame surface inclines and deforms, at 50 ms tulips-shaped flame eventually generates. When the methane concentration comes to 8% and 12% the flames both appear more than 100 ms after ignition, and with a longer duration, that is 60 and 80 ms. The change of flame shape is similar to that of equivalent concentration methane.(3) The flame propagation characteristics was experimental studied of three different pipe length of 1.3 m, 2.3, 3.3 m, the influence law of different tube length on the flame propagation speed, the flame structure were conducted. The pipe length has a great influence on flame propagation, when the length increased from 1.3 to 2.3m the explosion happens difficult, only 8%, 9% and 10% methane show explosive, but the flame put out halfway. When the tube length continue to increase to 3.3 m, all the methane concentration are not exploded, only 10% concentration had weak combustion phenomenon. After the pipe is extended, flame appears ahead of time and is earlier than 80 ms with a duration of 80ms also.Keywords: pipeline, methane, gas explosion, flame propagation, microscopic study目录1 绪论 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.1.1 研究背景 (1)1.1.2 研究意义 (3)1.2甲烷爆炸火焰研究现状 (3)1.2.1 试验初始条件对甲烷爆炸火焰的影响 (3)1.2.2 障碍物对甲烷爆炸火焰的影响 (4)1.2.3 变截面和弯管对甲烷爆炸火焰的影响 (6)1.3高速摄像技术在爆炸火焰测试中的应用 (7)1.4主要研究内容 (8)1.5本文创新点 (9)2 可燃气体爆炸和火焰传播机理 (10)2.1可燃气体爆炸有关知识 (10)2.1.1 可燃气体爆炸及其危险性 (10)2.1.2 气体爆炸形式 (10)2.1.3 可燃气体爆炸特性参数 (12)2.1.4 可燃气体爆炸重要影响因素 (13)2.2可燃气体爆炸原理 (14)2.2.1 可燃气体热爆炸理论 (14)2.2.2 链式连锁反应理论 (14)2.3火焰传播理论 (16)2.3.1 预混火焰燃烧理论 (16)2.3.2 前驱冲击波作用机理 (17)2.3.3 火焰阵面湍流加速理论 (17)2.4本章小结 (19)3 测试系统建立 (20)3.1水平透明管道气体爆炸测试系统 (20)3.1.1 管道装置 (20)3.1.2 配气系统 (21)3.1.3 点火系统 (21)3.2高速摄像系统 (22)3.2.1 高速摄影装置 (22)3.2.2 火焰速度的计算方法 (26)3.2.3 MA TLAB程序编写 (27)3.3本章小结 (29)4 甲烷爆炸火焰传播分析研究 (30)4.1试验方法 (30)4.1.1 试验条件 (30)4.1.2 试验步骤 (30)4.2当量浓度下甲烷爆炸传播过程研究 (30)4.2.1 当量浓度时甲烷爆炸的火焰图片分析 (31)4.2.2 当量浓度时甲烷爆炸火焰速度 (33)4.3不同浓度的甲烷火焰传播特性研究 (34)4.3.1不同浓度甲烷爆炸火焰图片分析 (34)4.3.2 不同浓度甲烷爆炸火焰传播速度分析 (39)4.4不同管道长度时甲烷爆炸火焰特征 (41)4.4.1加长管道中甲烷爆炸火焰图片分析 (42)4.4.2 加长管道中甲烷爆炸火焰传播速度分析 (45)4.4.3 管道长度变化对甲烷爆炸火焰特征的影响比较 (45)4.5本章小结 (46)5 结论与展望 (47)5.1主要结论 (47)5.2不足与展望 (48)参考文献 (49)攻读硕士期间发表的论文情况 (54)致谢 (55)1绪论1.1 研究背景与意义1.1.1研究背景在工业生产生活中，爆炸事故[1]是危害人类生命和财产安全很大的一类事故，它给人类生命和财产安全带来了极大的威胁，而且随着工业生产技术的不断更新和人类生活质量的改善，燃气、石油等运用越来越普遍，随之而来的是爆炸事故越来越趋于频繁的发生。

《柔性置障条件下甲烷爆炸传播过程的数值模拟研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，甲烷爆炸事故的频发已成为社会关注的焦点。

在众多因素中，障碍物对甲烷爆炸传播过程的影响尤为显著。

特别是在柔性置障条件下，甲烷爆炸的传播规律和破坏力更为复杂。

因此，对柔性置障条件下甲烷爆炸传播过程的数值模拟研究显得尤为重要。

本文旨在通过数值模拟方法，研究柔性置障条件下甲烷爆炸的传播过程，以期为相关领域的研究和工程实践提供理论依据。

二、文献综述近年来，关于甲烷爆炸传播过程的研究日益增多。

前人研究主要关注刚性障碍物对甲烷爆炸的影响，而对于柔性置障条件下的研究尚显不足。

柔性障碍物的存在会改变甲烷爆炸的传播路径、速度和压力等关键参数，从而影响爆炸的破坏力。

因此，有必要对柔性置障条件下的甲烷爆炸传播过程进行深入研究。

三、数值模拟方法本研究采用计算流体动力学（CFD）方法，通过建立三维数值模型，对柔性置障条件下甲烷爆炸传播过程进行数值模拟。

模型中考虑了甲烷的燃烧反应、流体动力学特性以及柔性障碍物的变形过程。

通过求解守恒的动量、能量和质量方程，得到甲烷爆炸传播过程中的关键参数。

四、模型建立与参数设定1. 模型建立：建立三维数值模型，包括甲烷气体、柔性障碍物以及周围环境。

柔性障碍物采用可变形网格进行描述，以模拟其在甲烷爆炸过程中的变形过程。

2. 参数设定：设定甲烷的初始浓度、温度、压力等参数，以及障碍物的材料属性、尺寸和分布等。

同时，设定数值模拟的时间步长和计算域大小等。

五、结果与分析1. 甲烷爆炸传播过程：在柔性置障条件下，甲烷爆炸的传播过程受到障碍物变形的影响，传播路径发生改变。

与刚性障碍物相比，柔性障碍物的变形程度更大，对甲烷爆炸的阻碍作用更为显著。

2. 关键参数分析：在柔性置障条件下，甲烷爆炸的传播速度、压力和温度等关键参数均发生变化。

其中，传播速度受到障碍物变形和阻力的影响而降低，压力和温度则因爆炸能量的释放和传播而发生变化。

《柔性置障条件下甲烷爆炸传播过程的数值模拟研究》篇一一、引言甲烷是一种常见且危险的天然气，其在密闭或受限空间内如若遭遇点火，会引发爆炸事故。

对于这类灾害的研究与控制至关重要，特别是在含有柔性障碍物（如可燃或不可燃的纤维材料）的场景下，障碍物对甲烷爆炸的传播和扩散有着重要影响。

因此，本篇论文旨在探讨柔性置障条件下甲烷爆炸传播过程的数值模拟研究。

二、文献综述早期的研究中，许多学者对于甲烷爆炸传播的过程以及其与刚性障碍物的相互作用进行了详尽的探索。

然而，随着研究的深入，越来越多的学者发现柔性障碍物在甲烷爆炸传播过程中起着不可忽视的作用。

这些柔性障碍物能够改变爆炸的传播路径、传播速度和压力变化等关键参数。

近年来，针对柔性置障条件下的甲烷爆炸传播过程，已有不少学者通过实验和数值模拟的方法进行了研究。

这些研究主要关注了不同类型和不同布置的柔性障碍物对甲烷爆炸的影响。

然而，这些研究仍存在一些不足，如对障碍物材料特性的考虑不够全面，对爆炸过程中障碍物与甲烷气体的相互作用机制理解不够深入等。

三、研究内容本篇论文的主要目的是对柔性置障条件下甲烷爆炸传播过程进行数值模拟研究。

我们将选取不同材料特性的柔性障碍物，以及不同布置方式和不同甲烷浓度条件下的场景进行模拟分析。

同时，我们将深入探究在甲烷爆炸过程中，这些柔性障碍物与甲烷气体之间的相互作用机制和传播过程的变化规律。

具体来说，我们将通过计算流体动力学（CFD）的方法来模拟这一过程。

在建模过程中，我们将根据障碍物的实际物理特性建立合适的数学模型，以更好地反映实际环境中障碍物的特性和其对甲烷爆炸的影响。

我们还将利用多种仿真软件来确保我们的研究结果具有较高的准确性和可靠性。

四、方法与实验设计在数值模拟过程中，我们将采用先进的CFD方法，通过建立三维模型来模拟甲烷爆炸的传播过程。

我们将根据不同的材料特性、布置方式和甲烷浓度条件设计不同的实验场景，以全面了解柔性障碍物对甲烷爆炸传播过程的影响。

《柱状空间内不同浓度甲烷爆炸传播特性的实验研究》篇一一、引言甲烷是一种常见的可燃气体，其爆炸传播特性在工业安全、消防安全等领域具有重要研究价值。

柱状空间作为一种常见的空间形态，其内部甲烷爆炸传播特性的研究对于预测和防控甲烷爆炸事故具有重要意义。

本文通过实验方法，研究了柱状空间内不同浓度甲烷爆炸传播特性，为相关领域提供理论依据和实践指导。

二、实验材料与方法1. 实验材料实验所需材料主要包括甲烷气体、空气、实验容器（柱状空间）、高速摄像机、压力传感器等。

其中，甲烷气体浓度为实验变量，空气作为载体，实验容器模拟柱状空间环境。

2. 实验方法（1）制备不同浓度的甲烷气体，分别充入实验容器中。

（2）通过高速摄像机记录甲烷在柱状空间内的爆炸传播过程。

（3）使用压力传感器测量爆炸过程中的压力变化。

（4）分析实验数据，得出不同浓度甲烷在柱状空间内的爆炸传播特性。

三、实验结果与分析1. 爆炸传播速度实验结果表明，随着甲烷浓度的增加，爆炸传播速度呈现先增加后减小的趋势。

在低浓度时，甲烷与空气混合物的爆炸传播速度较慢；随着浓度的增加，爆炸传播速度逐渐加快；当浓度达到一定值后，爆炸传播速度开始减小。

这可能与甲烷的燃烧反应机理及氧气供应情况有关。

2. 爆炸压力变化实验发现，不同浓度甲烷在柱状空间内爆炸时，压力变化趋势不同。

低浓度甲烷爆炸时，压力上升较慢，峰值较低；随着浓度的增加，压力上升速度加快，峰值增大；当浓度过高时，压力上升速度反而减慢，峰值降低。

这可能与甲烷的燃烧反应放热速率及气体动力学特性有关。

3. 爆炸火焰形态通过高速摄像机记录的爆炸过程发现，不同浓度甲烷的火焰形态有所不同。

低浓度甲烷的火焰较为分散，传播速度较慢；随着浓度的增加，火焰逐渐变得明亮、紧凑，传播速度加快；当浓度过高时，火焰形态变得不稳定，传播速度减慢。

这可能与甲烷的燃烧反应过程及气体流动特性有关。

四、结论本文通过实验研究了柱状空间内不同浓度甲烷爆炸传播特性，得出以下结论：1. 甲烷浓度对爆炸传播速度、压力变化及火焰形态具有显著影响。

《不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播特性的实验研究》篇一一、引言随着对气体爆炸动力学和爆炸现象深入的研究，理解不同浓度可燃气体在管状空间内爆炸传播特性的问题变得越来越重要。

在众多的可燃气体中，甲烷以其广泛的分布和重要性而成为研究焦点。

本研究主要探讨不同浓度甲烷在管状空间内的爆炸传播特性，分析其规律及特性，以期为安全控制提供科学依据。

二、实验装置与方法实验在标准的封闭管状空间内进行，包括一端封闭的管道和一系列用于控制甲烷浓度的设备。

甲烷通过特定的浓度控制设备引入到管道中，同时管道内部安装了高速摄像机和压力传感器，用于记录爆炸过程及产生的压力变化。

本实验通过改变甲烷的浓度（设定为低浓度、中浓度和高浓度），研究其爆炸传播的特性。

所有实验都在相同的环境温度和压力下进行，以确保数据的可比性。

三、实验结果1. 爆炸传播速度实验结果表明，甲烷的爆炸传播速度与甲烷的浓度密切相关。

在低浓度下，甲烷的爆炸传播速度较慢；随着浓度的增加，爆炸传播速度逐渐加快；但当浓度达到一定值后，爆炸传播速度反而会降低。

这可能是由于高浓度的甲烷在燃烧过程中产生的热效应和压力效应更为显著，但过高的浓度也会使反应的活性降低。

2. 爆炸产生的压力变化甲烷在管状空间内爆炸时，会产生显著的压强变化。

低浓度的甲烷产生的压力较小，而高浓度的甲烷则可能产生较大的压力。

然而，过高的浓度可能导致反应的不完全燃烧，从而降低压力峰值。

此外，我们还发现爆炸过程中压力的变化与爆炸传播速度密切相关。

四、讨论实验结果揭示了不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播的特性。

这些特性不仅与甲烷的浓度有关，还与反应过程中的热效应和压力效应有关。

这些特性对于理解和预测气体爆炸行为具有重要意义。

同时，这些结果也可以为安全控制提供科学依据，例如在工业生产中可以通过控制可燃气体的浓度来预防和控制爆炸事故的发生。

五、结论本研究通过实验研究了不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播的特性，揭示了甲烷的爆炸传播速度、产生的压力变化与甲烷浓度之间的关系。

《不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播特性的实验研究》篇一一、引言甲烷作为一种常见的气体燃料，在工业、能源等领域具有广泛的应用。

然而，当甲烷浓度达到一定范围时，其与空气混合后可能发生爆炸，对人类生命和财产安全构成严重威胁。

因此，研究不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播特性，对于预防和控制甲烷爆炸事故具有重要意义。

本文通过实验方法，对不同浓度甲烷在管状空间内的爆炸传播特性进行了深入研究。

二、实验材料与方法1. 实验材料本实验所需材料包括甲烷气体、空气、管状空间容器、压力传感器、高速摄像机等。

2. 实验方法（1）制备不同浓度的甲烷气体，分别将甲烷与空气混合，形成不同浓度的甲烷-空气混合气体。

（2）将管状空间容器置于实验室内的防震平台上，保证实验过程中空间内的稳定。

（3）在管状空间容器的一端点燃不同浓度的甲烷-空气混合气体，并使用高速摄像机记录爆炸传播过程。

（4）通过压力传感器记录爆炸过程中的压力变化。

（5）对实验数据进行处理和分析，得出不同浓度甲烷在管状空间内爆炸传播的特性。

三、实验结果与分析1. 实验结果（1）通过高速摄像机记录了不同浓度甲烷在管状空间内爆炸的传播过程。

（2）压力传感器记录了爆炸过程中的压力变化。

（3）对实验数据进行处理，得到了不同浓度甲烷的爆炸传播速度、爆炸压力等参数。

2. 结果分析（1）随着甲烷浓度的增加，爆炸传播速度呈现出先增加后减小的趋势。

在较低浓度时，甲烷的增加使得爆炸过程中的反应更为充分，从而提高了爆炸传播速度；而在较高浓度时，由于氧气含量的限制，使得反应速率降低，从而减缓了爆炸传播速度。

（2）爆炸压力随着甲烷浓度的增加而增加，但当甲烷浓度达到一定值时，爆炸压力达到最大值后开始减小。

这表明在一定的甲烷浓度范围内，甲烷浓度的增加能够提高爆炸强度，但过高的甲烷浓度反而可能导致爆炸强度降低。

（3）通过对比实验结果，发现在管状空间内，爆炸传播速度和爆炸压力受到空间形状的影响。

管状空间的形状对爆炸传播具有一定的约束作用，使得爆炸过程中的能量分布和传播速度发生变化。