障礙物對(duì)瓦斯煤塵火焰?zhèn)鞑ミ^程影響的實(shí)驗(yàn)研究(二)
1．3火焰速度測(cè)量系統(tǒng)
該系統(tǒng)采用光電二極管作為火焰速度傳感器，
光電二極管的響應(yīng)時(shí)間為10-7s，光電流大于2．0mA，
暗電流小于0．3lLA。該系統(tǒng)即使在低濃度的甲烷燃
燒的淡藍(lán)色火焰下，也能夠準(zhǔn)確地采集到火焰信號(hào)，
其采集速度為微秒級(jí)，完全能夠滿足實(shí)驗(yàn)精度的需
要。在實(shí)驗(yàn)的過程中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和該光電二極管
的光電流的要求，特設(shè)計(jì)每個(gè)光電二極管與一個(gè)電
阻串聯(lián)，利用電阻的限流來控制電路中電流不超過
光電二極管的最大光電流。
1．4點(diǎn)火系統(tǒng)
該系統(tǒng)采用簡(jiǎn)易操作型的電容儲(chǔ)能電火花點(diǎn)火
裝置，其輸出能量在250-500MJ。點(diǎn)火電極的兩極相
距1．5mm，當(dāng)儲(chǔ)能電容器充電完畢后將開關(guān)旋到放
電檔位時(shí)，電容器便在點(diǎn)火電極間放電，點(diǎn)燃火焰加
速管里的預(yù)混甲烷氣。
1．5輸配氣系統(tǒng)
該系統(tǒng)根據(jù)靜態(tài)簡(jiǎn)易壓力配比法及實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)參
數(shù)的具體要求，選用標(biāo)準(zhǔn)的高壓氣瓶、精度高的壓力
表和真空表、閘閥，設(shè)計(jì)』口工成混合氣配制系統(tǒng)。實(shí)
驗(yàn)時(shí)，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，然后將火焰加速管兩端封閉，再將管
內(nèi)抽成真空(真空度達(dá)0．098MPa以上)。此時(shí)調(diào)試動(dòng)
態(tài)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，根據(jù)需要設(shè)定相應(yīng)的采樣頻
率、采樣長(zhǎng)度及相關(guān)參數(shù)，使之處于等待采集狀態(tài)。
然后打開手閥，把預(yù)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(dāng)達(dá)到一個(gè)大氣壓
時(shí)，開口端輕質(zhì)堵頭自動(dòng)脫離，充氣完畢，此時(shí)利用
高壓電火花點(diǎn)火裝置點(diǎn)火引燃，然后測(cè)定瓦斯煤塵
燃燒過程中的有關(guān)參數(shù)。
2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
2．1障礙物對(duì)瓦斯煤塵燃燒過程中火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?o:p>
影響
為了研究瓦斯煤塵燃燒過程中火焰的傳播規(guī)
律，實(shí)驗(yàn)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?jī)蓳醢逯g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?jī)蓳醢逯g的
間距為20cm，共7片矩形擋板，D型障礙物每?jī)蓳醢?o:p>
之間的間距為30cm，其矩形擋板數(shù)為5個(gè)。實(shí)驗(yàn)時(shí)在
管底均勻地鋪上煤塵(煤塵的有關(guān)參數(shù)見表1)，并用
儲(chǔ)能電容器點(diǎn)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)
研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明障礙物對(duì)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(dǎo)煤塵發(fā)生燃
燒時(shí)，障礙物對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣扔绊懙膶?shí)驗(yàn)結(jié)果，其中
A、B、C、D是上述4種類型的障礙物，點(diǎn)火時(shí)從閉口端
向開口端點(diǎn)火。
圖2 障礙物對(duì)甲烷誘導(dǎo)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(shí)，火焰
的傳播速度變化不明顯，而當(dāng)存在A、B、C、D等4種類
型的障礙物時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣榷茧S著離點(diǎn)火端距離
的增大而增大，這是由于障礙物的存在，提高了火焰
傳播過程中的湍流現(xiàn)象，湍流使火焰陣面發(fā)生褶皺，
增大了火焰燃燒面積，從而提高了火焰的傳播速度，
與此同時(shí)，火焰推動(dòng)前方未燃?xì)怏w向前運(yùn)動(dòng)，卷起管
底鋪上的煤塵，使煤塵參與反應(yīng)，放出大量的熱量，
不僅補(bǔ)充了壁面的熱損失，而且使氣體膨脹進(jìn)一步
加劇，進(jìn)一步提高了湍流度，從而使火焰?zhèn)鞑ニ俣冗M(jìn)
一步提高，這種正反饋的結(jié)果導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ニ俣炔?o:p>
斷加大，最終導(dǎo)致爆炸。另外，放置的障礙物數(shù)目、特
征尺寸對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊拇笮∫簿哂兄匾挠绊憽?o:p>
對(duì)于擋板間距都為20cm的A、B障礙物，由于B型障礙
物的高度大于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?zhèn)?o:p>
播速度大于A型障礙物的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋⑶译S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?zhèn)鞑サ乃俣惹€上還可以看出，接近管
口處，對(duì)于B型障礙物，其火焰速度超過210m／s，而對(duì)
于A型障礙物，其火焰速度只達(dá)到110m／s左右，即此時(shí)
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(shù)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?zhèn)鞑ニ俣却笥贒型障
