基本信息
- 項目名稱：
- 煤礦瓦斯爆炸過程沖擊波分析與安全艙研發(fā)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 利用仿真模擬軟件LS-DYNA代替實際操作來計算出瓦斯爆炸過程中的氣流沖擊波傳播規(guī)律，并計算出不同位置的氣流大小，根據(jù)此設(shè)計出安全艙的模型，并進行氣流加載，最終設(shè)計出能承受瓦斯沖擊的安全艙。
- 詳細介紹：
- 本項目基于流體力學結(jié)構(gòu)力學利用有限元法對煤礦瓦斯爆炸過程的沖擊波傳播和衰減規(guī)律以及安全艙結(jié)構(gòu)強度進行了數(shù)值計算與分析，主要包括：1、利用UG和LS-DYNA軟件建立礦井下巷道有限元模型。2、分析了爆炸過程中不同時間以及不同位置的沖擊波傳播規(guī)律。3、根據(jù)爆炸數(shù)據(jù)初步設(shè)計安全艙尺寸，并對安全艙進行沖擊分析并加以改進和優(yōu)化。4、最終設(shè)計出最符合實際應(yīng)用的安全艙。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 由于現(xiàn)在煤礦瓦斯爆炸事故頻發(fā)，給礦井下工作人員的生命安全造成了極大的威脅，但是此項目如果進行實際的分析，肯定會有很大的困難和造成很大的損失，同時也會付出很大的代價，所以我們利用仿真模擬的方法，建立瓦斯爆炸過程中的各種模型，進行仿真運算，然后算出爆炸過程中氣流的產(chǎn)生和傳播規(guī)律，對建立的模型進行加載求解，以設(shè)計出能在礦井下起到保護工作人員安全的安全艙。
科學性、先進性及獨特之處
- 根據(jù)實際情況中巷道的環(huán)境以及其組成，以爆炸力學，爆炸動力學，熱力學理論和有限元理論為基礎(chǔ)建立的爆炸過程沖擊波傳播和衰減三維仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)巷道不同位置地點的沖擊波超壓分析并和相關(guān)實驗研究進行對比分析。設(shè)計安全系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，并利用彈塑性有限元理論對結(jié)構(gòu)強度進行系統(tǒng)分析。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 此項目是研究煤礦下瓦斯爆炸過程中氣流傳播與安全艙開發(fā)，由于實際去井下進行試驗非常危險而且困難，所以選擇用LS-DYNA仿真軟件建立和完成的，這樣節(jié)約大量的試驗用品，并且能得出非常符合實際的試驗數(shù)據(jù)，最終我們建立了礦井下的安全系統(tǒng)，三維巷道模型和井下救生艙，可以為安全艙的投入應(yīng)用提供大量的可靠數(shù)據(jù)，一旦我們的安全系統(tǒng)投入使用，將會為礦井下的工作人員的生命安全提供極大保障，給社會減輕一些不必要的麻煩。
學術(shù)論文摘要
- 縱觀近幾年的煤礦瓦斯事故，爆炸危害性極大的觸及到了人們安全生產(chǎn)的底線，同時隨著模擬仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用并逐步的應(yīng)用到了工程測量中，使得一些實際難以計算分析的情況得以解決，本項目就依據(jù)實際礦井數(shù)據(jù)和瓦斯爆炸能量、利用ANSYS-LS-DYNA建立巷道和炸藥的三維模型，對沖擊波傳播和衰減規(guī)律進行計算分析，以得到在爆炸過程中氣流在傳播過程中的規(guī)律，包括氣流傳播速度，氣流在各個位置的壓力大小等。根據(jù)此規(guī)律，再結(jié)合我們所學知識，根據(jù)爆炸力學與流體力學，以及各種材料的屬性，我們選用一種材料來建立能耐的住爆炸氣流沖擊的安全系統(tǒng)，既礦井下的安全艙，安全艙的內(nèi)外部均加有進一步的防護措施，包括穩(wěn)固結(jié)果，各種涂料等，以使得安全艙可以在礦井下最大限度的發(fā)揮其作用，來保障工作人員的安全。
獲獎情況
- 獲得學?？苿?chuàng)基金項目的資金贊助
鑒定結(jié)果
- 此項目可以按時完成
參考文獻
- 1、第二十一屆國際采礦安全會議文集.北京：煤炭工業(yè)出版社，1985. 2、煤礦瓦斯爆炸研究現(xiàn)狀及綜合分析.作者：林柏泉、葉青. 3、管道內(nèi)瓦斯爆炸壓力的傳播研究，工業(yè)安全與環(huán)保，2009年第35卷第1期. 4、礦難救生球系統(tǒng)在瓦斯爆炸沖擊波作用下的動態(tài)響應(yīng).中國安全科學學報,2008,18(10):92-97. 張玉周,姚斌，葉軍君. 5、橋梁結(jié)構(gòu)爆炸分析特點綜述[J].重慶交通學院學報,2005,6.24(3). 劉山洪,魏建東,錢永久 6、爆炸沖擊波在建筑群中傳播規(guī)律及其毀傷效應(yīng)研究[D],北京工業(yè)大學2007. 王可強 7、TNT當量法預(yù)測某石化設(shè)備爆炸后果評價[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù),2005,3(1). 宋元寧,于立友,李彩霞. 8、爆炸力學[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005:106-110. 惲壽榕,趙衡陽. 9、基于ALE算法的空氣中沖擊波繞流數(shù)值模擬研究[J].工程爆破.2008,8(2). 王飛,朱立新,顧文彬等.
同類課題研究水平概述
- 國外對煤礦安全方面的研究較早，美國、俄羅斯、波蘭、德國、日本等對煤礦事故都進行過實驗研究，尤其是在可燃碳氫氣體與氧氣或空氣混合后的引燃、傳播以及工業(yè)粉塵爆炸特征等方面做了大量的研究。澳大利亞格林等人建立了瓦斯和煤塵爆炸過程的理論框架及計算機模擬模型，該模型采用三個經(jīng)驗常數(shù)，在忽略氣體粘性和擴散傳播基礎(chǔ)上，成功計算了火焰加速度、點火能量、和可燃物與氧的比值。蘇聯(lián)薩文科等人通過管道試驗獲得了空氣沖擊波通過巷道分岔和轉(zhuǎn)彎處的衰減系數(shù)，并利用薄膜測壓實驗獲得了沖擊波強度與巷道斷面尺寸和巷道粗糙性的關(guān)系。美國皮特斯堡研究中心通過大量的瓦斯爆炸實驗，研制出了抑制礦井瓦斯爆炸裝置，利用火焰的傳播和壓力增長激發(fā)裝置動作，從而抑制瓦斯爆炸的傳播，收到了良好效果。日本東京大學建立了瓦斯空氣混合氣體在惰性熱表面接觸點火的數(shù)學模型，研究了點火機理。 我國在這方面的研究比較晚，通過眾多學者和專家的艱苦攻關(guān)，在理論探索、實驗研究和數(shù)值模擬計算方面均取得了一系列的成果。中國礦業(yè)大學眾多學者對瓦斯爆炸沖擊波的傳播規(guī)律、障礙物對沖擊波影響、瓦斯?jié)舛群突鹪磳ν咚贡ǖ挠绊憽⒒鹧婧穸葴y定、瓦斯爆炸傳播火焰的內(nèi)聚力特性、氣體和粉塵爆炸原理等進行了系統(tǒng)深入研究，取得了一系列成果。張英浩和王志杰對瓦斯氣體在管道內(nèi)的爆炸過程進行了初步研究。根據(jù)實驗結(jié)果將壓力傳播的變化過程分為前驅(qū)沖擊波、升壓、降壓、余波4個階段,并對各階段中的壓力傳播狀況進行了分析。蘇舉端等通過對爆炸過程中爆炸壓力、溫度、速度等相關(guān)參數(shù)隨時間、空間的變化規(guī)律的分析,進一步研究瓦斯爆炸的機理和破壞效應(yīng)。煤科總院重慶分院設(shè)計的長896 m斷面7.2 m2的地下大型爆炸試驗巷道以及?720mm長93 m、?2 000 mm長29 m、斷面10m2長20m的地面系列爆炸試驗鋼制管道等、中國科學技術(shù)大學設(shè)計的巷道長518.16 m,斷面為梯形(左幫高1.828 m,右?guī)透?.286 m,寬6.096 m)、中國礦業(yè)大學100 m長? 300 mm的瓦斯爆炸管路及兩個中型瓦斯爆炸罐、北京理工大學103m爆破試驗測試風洞等大型裝置,獲得了瓦斯爆炸過程中的特征參數(shù)變化規(guī)律、傳播規(guī)律等,為瓦斯爆炸防治及控制奠定了理論基礎(chǔ)。
