分析瓦斯爆炸过程中的能量来自瓦斯燃烧的化学反应释热,这里要研究的壁面能量损失是指高温高压气体在流动过程中通过与壁面的接触以对流、传导、辐射的方式所散失的能量。由于激波对波前气体的做功,使得激波过后的气体内能、焓还有动能都会有一个突跃上升变化。激波为瓦斯气体的化学反应创造条件,同时化学反应燃烧释放出来的能量不断支持着激波的传播。
单位质量的可燃混合物反应时释放出能量,能量的一部分用于支持激波的向前传播,另一部分能量转化为燃烧产物的焓与内能。燃烧产物通过膨胀做功,能量转化为激波压力能、动能和自身的动能。在瓦斯管道爆炸实验中,由于瓦斯爆炸过程是在瞬间完成的,管道的壁面温度升高幅度很有限,所以在高温燃烧产物和管道之间存在着很大的温差。同时,燃烧产物与未燃气体之间也存在着较大的温差。所以炽热燃烧产物一方面以对流、辐射的方式将部分能量传递到壁面,另一方面通过导热、扩散等方式向未燃气体传递能量。
单位质量瓦斯气体燃烧能的分配情况。研究表明:在燃烧能在一定的情况下,向管道的散热量增大,支持激波向前传播的能量就会减少,从而减弱激波的传播速度和超压值。如果能够减少壁面散热量,支持激波传播的能量就会增加,使激波的传播速度和超压值增大,所引发的化反应速率也越高,爆炸强度大幅增强。由上述理论分析可知,壁面热损失会对瓦斯爆炸强度产生较大影响,根据该理论,实验中的现象可以得到合理的解释。综上所述:
1)内贴绝热材料对瓦斯爆炸火焰加速明显,爆炸波强度增大很多,并可诱导激波的产生。其原因是管道内贴绝热材料后,壁面散热大幅减小,由管内瓦斯爆炸能量平衡方程知:减少的热量一部分通过导热、扩散向未燃气体传递,一部分通过膨胀做功使爆炸波强度增大,两者均使火焰燃烧速度(传播速度)、爆炸波强度增加。
2)从理论上分析了管道壁面散热对瓦斯爆炸传播特性的影响,实验结论与理论分析相吻合。
3)煤矿井下巷道壁面为非金属固体物质,导热性能差,其壁面散热条件与绝热管道相似。瓦斯爆炸事故一旦发生,火焰传播速度容易迅速提高,爆炸波强度容易迅速增大。本文研究结论对煤矿瓦斯爆炸防治有较大意义。