超细水雾抑制回采工作面瓦斯燃烧的实验与数值模拟研究

作     者：董艳军 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余明高

授予年度：2011年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：回采工作面 瓦斯燃烧 超细水雾 最大体积质量分数 数值模拟 

摘      要：细水雾灭火技术具有高效、环保等优点,已成为现代灭火的主要技术之一,并在诸多领域里得到了广泛应用。新一代细水雾——超细水雾,以其雾滴粒径和质量更小,比常规细水雾更容易悬浮,流动性更好,且能绕过障碍物到达火区降低火源功率;其比表面积更大,具备更好的吸热特性,加速火场温度冷却,且能够非常有效地吸收火焰热辐射;在质量分数大的雾场内,雾滴能够较长时间处于灭火空间中,在受热蒸发后体积迅速膨胀1700倍,占据燃烧区域内空气的体积,减少火焰卷吸氧气的量,加速火焰温度冷却;此外,用水量比常规细水雾更少,在某些特殊场所使用更加安全。 论文以此为工程背景,依据超声雾化原理,组建了超细水雾发生系统,并测试了超细水雾的粒径大小,质量分数等相关雾场特性参数。通过对雾场中雾滴的受力和运动过程分析,确定了雾场的最大体积质量分数及其与雾化速率成正比,与雾滴下落速率和空间水平横截面积的乘积成反比的关系,为实验改进雾化装置做了很好的准备。 搭建了超细水雾抑制工作面瓦斯燃烧的实验平台。通过改变工作面通风量、雾化速率和代表火灾发展阶段的瓦斯气体体积流量值,分别进行了不同实验条件下超细水雾抑制工作面瓦斯燃烧的实验。通过实验得出了不同实验条件下,火焰的温度场及其形状结构的变化图像。实验结果表明雾滴吸热与水蒸气置换空气在抑制过程中发挥重要作用。 根据已做实验条件,进行了超细水雾与工作面瓦斯燃烧相互作用的数值模拟。结合数值模拟结果与实验现象,分析了超细水雾抑制回采工作面瓦斯燃烧的过程。模拟验证了实验,再次表明雾滴吸热与水蒸气置换氧气机理在灭火过程中起到关键作用。