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瓦斯爆炸事故具有破坏性大和复杂性强的特点,瓦斯爆炸灾害长期以来一直困扰着煤矿的安全生产工作。瓦斯爆炸事故的发生,给煤矿的安全生产带来了极大的威胁,不仅造成了大量人员伤亡、巨大的经济损失,而且也带来了严重的环境破坏和不良的社会影响。鉴于此,论文着眼于瓦斯爆炸反应动力学机理的研究,以期从爆炸反应动力学机理的角度为预防和抑制瓦斯爆炸提供理论支撑。 论文对基于矿井受限空间(即定容燃烧反应器)及激波诱导条件下的瓦斯爆炸反应动力学机理进行研究与数值分析。首先,分别建立了基于矿井受限空间及激波诱导下的瓦斯爆炸反应动力学数学模型,指出两个数学模型的解分别表示了各自反应体系中温度和组分的变化过程,其中激波诱导瓦斯爆炸的数学模型还描述了激波管内组分的流动特性沿轴向距离变化的函数关系。其次,分别对基于定容燃烧反应器内和激波诱导下瓦斯爆炸过程中温度、压力、反应物浓度、自由基浓度及致灾性气体浓度等的变化规律进行了分析,总结出了瓦斯爆炸反应动力学机理的特性和规律,指出高活性自由基所形成的浓度极高的活化中心是诱发瓦斯爆炸的关键环节;同时运用敏感性分析找出了影响定容燃烧反应器内瓦斯爆炸的关键基元反应,指出促进瓦斯爆炸的关键基元反应分别为R155、R156、R38、R119和R161,抑制的分别为R158、R53、R98和R57。最后,在混合气体中加入不同体积的水,分析了水对瓦斯爆炸过程中温度、压力、反应物浓度、自由基浓度及致灾性气体浓度等变化规律的影响,以及水对定容燃烧反应器内瓦斯爆炸关键基元反应影响的敏感性,同时还分析了初始压力对激波诱导瓦斯爆炸过程的影响。指出:(1)水具有比其它气体更大的热容,能更有效的吸收爆炸火焰反应区对未反应气体的辐射热量,同时H2O对燃烧的火焰还具有一定的包裹作用,使之与未反应气体部分隔绝,从而降低了爆炸温度。(2)水的加入稀释了反应气体的浓度,致使O、H及OH等自由基的生成速率和生成量下降,另外H2O作为第三体分子参与三体碰撞反应,且随着H2O加入量的增大,三体碰撞反应增强,使O、H和OH等自由基链载体浓度降低,从而使链反应遭到阻碍或破坏,导致瓦斯爆炸反应速率下降,甚至使反应终止。