障礙物對瓦斯煤塵火焰傳播過程影響的實驗研究(二)

1．3火焰速度測量係統

該係統采用光電二極管作為火焰速度傳感器，

光電二極管的響應時間為10-7s，光電流大於2．0mA，

暗電流小於0．3lLA。該係統即使在低濃度的甲烷燃

燒的淡藍色火焰下，也能夠準確地采集到火焰信號，

其采集速度為微秒級，完全能夠滿足實驗精度的需

要。在實驗的過程中，根據實驗條件和該光電二極管

的光電流的要求，特設計每個光電二極管與一個電

阻串聯，利用電阻的限流來控製電路中電流不超過

光電二極管的最大光電流。

1．4點火係統

該係統采用簡易操作型的電容儲能電火花點火

裝置，其輸出能量在250-500MJ。點火電極的兩極相

距1．5mm，當儲能電容器充電完畢後將開關旋到放

電檔位時，電容器便在點火電極間放電，點燃火焰加

速管裏的預混甲烷氣。

1．5輸配氣係統

該係統根據靜態簡易壓力配比法及實驗各項參

數的具體要求，選用標準的高壓氣瓶、精度高的壓力

表和真空表、閘閥，設計』口工成混合氣配製係統。實

驗時，需先在管道底部均勻地鋪上一定比例的煤塵，

再放上障礙物，然後將火焰加速管兩端封閉，再將管

內抽成真空(真空度達0．098MPa以上)。此時調試動

態數據采集03manbetx 係統，根據需要設定相應的采樣頻

率、采樣長度及相關參數，使之處於等待采集狀態。

然後打開手閥，把預先配置好的一定濃度的甲烷一

空氣混合氣體充人火焰加速管，當達到一個大氣壓

時，開口端輕質堵頭自動脫離，充氣完畢，此時利用

高壓電火花點火裝置點火引燃，然後測定瓦斯煤塵

燃燒過程中的有關參數。

2實驗結果及03manbetx

2．1障礙物對瓦斯煤塵燃燒過程中火焰傳播速度的

影響

為了研究瓦斯煤塵燃燒過程中火焰的傳播規

律，實驗前先用0．5mm厚的矩形銅板做了A、B、C、D

共4種類型的障礙物。A型、C型障礙物的高度都為1．0

cm，每兩擋板之間的間距分別為20cm和30cm，A型

共有7片矩形擋板，C型共有5片矩形擋板。B、D型障

礙物的高度都為2．0cm，B型障礙物每兩擋板之間的

間距為20cm，共7片矩形擋板，D型障礙物每兩擋板

之間的間距為30cm，其矩形擋板數為5個。實驗時在

管底均勻地鋪上煤塵(煤塵的有關參數見表1)，並用

儲能電容器點燃甲烷一空氣的混合氣體，在火焰加

速管中加障礙物和不加障礙物兩種情況進行了實驗

研究，實驗結果表明障礙物對瓦斯煤塵燃燒的火焰

傳播具有重要的影響。

圖2是濃度為9．65％的甲烷氣體誘導煤塵發生燃

燒時，障礙物對火焰傳播速度影響的實驗結果，其中

A、B、C、D是上述4種類型的障礙物，點火時從閉口端

向開口端點火。

圖2 障礙物對甲烷誘導煤塵燃燒的火焰速度的加速作用

從圖2中可以看出，在沒有障礙物存在時，火焰

的傳播速度變化不明顯，而當存在A、B、C、D等4種類

型的障礙物時，火焰傳播速度都隨著離點火端距離

的增大而增大，這是由於障礙物的存在，提高了火焰

傳播過程中的湍流現象，湍流使火焰陣麵發生褶皺，

增大了火焰燃燒麵積，從而提高了火焰的傳播速度，

與此同時，火焰推動前方未燃氣體向前運動，卷起管

底鋪上的煤塵，使煤塵參與反應，放出大量的熱量，

不僅補充了壁麵的熱損失，而且使氣體膨脹進一步

加劇，進一步提高了湍流度，從而使火焰傳播速度進

一步提高，這種正反饋的結果導致火焰傳播速度不

斷加大，最終導致爆炸。另外，放置的障礙物數目、特

征尺寸對火焰傳播速度的大小也具有重要的影響。

對於擋板間距都為20cm的A、B障礙物，由於B型障礙

物的高度大於A型障礙物的高度，從圖2中可以看出，

在火焰加速管的同一位置處，B型障礙物下的火焰傳

播速度大於A型障礙物的火焰傳播速度，並且隨著火

焰由閉口端向開口端傳播，兩者的速度差越來越大。

從圖2Z火焰傳播的速度曲線上還可以看出，接近管

口處，對於B型障礙物，其火焰速度超過210m／s，而對

於A型障礙物，其火焰速度隻達到110m／s左右，即此時

B型障礙物下的火焰速度大約是A型障礙物下火焰速

度的兩倍。B型障礙物和D型障礙物的高度都為2．0

Em，但B型障礙物擋板間距為20cm，D型障礙物的擋

板間距為30cm，且B型障礙物的擋板數比D型障礙物

的擋板多2片，從圖2還可以看出，在火焰加速管的同

一位置處，B型障礙物下的火焰傳播速度大於D型障