密闭管道甲烷火焰传播及其抑爆特性研究

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1、分类号：X932单位代码：10110学号：S1504015中北大学全日制工程硕士学位论文密闭管道甲烷火焰传播及其抑爆特性研究硕士研究生冯翼鲲校内指导教师曹雄教授校外指导教师朱建国高工所在领域安全工程2018年6月1日图书分类号X932密级非密注1UDC全日制工程硕士学位论文密闭管道甲烷火焰传播及其抑爆特性研究冯翼鲲（作者姓名）校内指导教师（姓名、职称）曹雄教授校外指导教师（姓名、职称）朱建国高工申请学位级别工程硕士所在领域（研究方向）安全工程论文提交日期2018年04月03日论文答辩日期2018年05月

2、28日学位授予日期年月日论文评阅人于雁武副教授谢建林副教授答辩委员会主席李俊民高工2018年6月1日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包

3、括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文密闭管道甲烷火焰传播及其抑爆特性研究摘要随着社会的进步、工业的发展以及人们生活水平的提高，清洁能源得到了广泛的应用。甲烷作为煤层气、天然气等优质清洁能源的主要成分，对其开展爆炸特性及安全性

4、研究具有十分重要的意义。利用可视化方形密闭管道及纹影/高速摄影技术对甲烷爆炸火焰传播过程及二氧化碳对甲烷抑爆火焰传播过程进行了研究。研究结果如下：（1）对可视化方形密闭管道以及实验方式进行了改进，提高了装置气密性、可操作性。（2）利用可视化方形密闭管道及高速摄影技术对5.5%、7.5%、9.5%、13.5%、14.5%体积分数下甲烷/空气预混气体的爆炸火焰传播过程及压力变化进行了研究，同时采用纹影/高速摄影技术对9.5%体积分数下甲烷/空气预混气体爆炸火焰微观结构进行了研究。结果表明：爆炸压力随着甲烷体

5、积分数的升高，呈现先升高后降低的趋势；火焰传播速度随甲烷体积分数升高呈现出先增大后减小的趋势，并在传播末段出现波动。（3）甲烷体积分数为5.5%和14.5%的情况下，均出现了“半平面火焰”，在体积分数为13.5%、14.5%时，火焰传播的后期出现了“双重Tulip火焰”。（4）选取甲烷体积分数为9.5%条件下的甲烷/空气预混气体作为研究对象，分别通入体积分数为3%、6%、9%、12%、15%、18%的二氧化碳进行抑爆特性实验，结果表明：爆炸压力随二氧化碳体积分数上升，呈现出下降的趋势，火焰传播速度呈现减

6、小的趋势。对纹影/高速摄影图像分析表明：各组实验中火焰传播的后期均出现了“半平面火焰”现象；二氧化碳体积分数低于18%的各组实验中均在火焰传播中期形成“准平面火焰”，且在中后期火焰前锋阵面形成了“Tulip火焰”结构；在二氧化碳体积分数6%的火焰前锋阵面上出现“双重Tulip”现象。二氧化碳体积分数到达12%、15%中北大学学位论文时，火焰前锋阵面出现“双重半平面火焰”现象；二氧化碳体积分数到达18%时，火焰前锋阵面“Tulip火焰”现象消失，二氧化碳体积分数达到20%时预混气体达到熄燃点，完全抑爆。（

7、5）在甲烷/空气预混气体及其抑爆火焰传播过程中，“Tulip火焰”现象出现时，预混气体火焰开始由层流燃烧向湍流燃烧转变，火焰前锋阵面结构转变由火焰边沿开始（小尺寸涡流出现）蔓延至整个锋面（类胞格结构出现）。关键词：甲烷，火焰传播，Tulip火焰，二氧化碳抑爆，半平面火焰中北大学学位论文StudyonFlamePropagationandExplosionSuppressionCharacteristicsofMethaneinaVisualizedizedAirtightPipelineAbstract

8、Withtheprogressofsociety,thedevelopmentofindustryandtheimprovementofpeople'slivehood,cleanenergyhasbeenwidelyused.Asamaincomponentofcoalbedmethane,naturalgasandotherhigh-qualitycleanenergy,thestudyofitsexplosivepropertiesa