裴　蓓，余明高，陳立偉，楊　勇，?！∨?，朱新娜

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CO2-雙流體細(xì)水霧抑制管道甲烷爆炸實(shí)驗(yàn)

裴蓓1,2，余明高1,2，陳立偉1,2，楊勇1,2，牛攀1,2，朱新娜1,2

（1煤炭安全生產(chǎn)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 焦作 454003；2河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，河南 焦作 454003）

摘要:搭建了尺寸為120 mm×120 mm×840 mm透明有機(jī)玻璃瓦斯爆炸管道實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用雙流體噴嘴將二氧化碳和細(xì)水霧送入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從火焰速度、瓦斯爆炸超壓兩個(gè)方面探討雙流體細(xì)水霧的抑爆有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明CO2雙流體細(xì)水霧抑制瓦斯爆炸效果顯著。隨著噴霧時(shí)間的延長(zhǎng)，火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸示徛黾于厔?shì)，火焰?zhèn)鞑ニ俣确逯荡蠓档?；爆炸超壓曲線(xiàn)呈先增大后緩慢減小的趨勢(shì)，超壓峰值大幅降低；當(dāng)CO2壓力增至0.4 MPa噴霧時(shí)間大于3 s時(shí)，經(jīng)多次點(diǎn)火無(wú)法引爆, 說(shuō)明CO2-雙流體細(xì)水霧抑制甲烷爆炸時(shí)具有協(xié)同效應(yīng)，有利于提高細(xì)水霧的抑爆效率。

關(guān)鍵詞:氣液兩相流；二氧化碳；甲烷；爆炸抑制；協(xié)同效應(yīng)；安全

引 言

瓦斯爆炸是煤礦開(kāi)采過(guò)程中重要災(zāi)害之一，同時(shí)，瓦斯作為煤層氣的主要成分，又是一種潛在的清潔能源，若未經(jīng)處理或回收直接排放到大氣中，其溫室效應(yīng)約為二氧化碳的21倍，而合理利用瓦斯能有效避免嚴(yán)重的生態(tài)污染和資源浪費(fèi)[1]。因此研究管道瓦斯爆炸抑制對(duì)減少煤礦瓦斯爆炸事故和促進(jìn)清潔能源安全利用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

細(xì)水霧主要通過(guò)汽化稀釋、冷卻降溫等效應(yīng)降低化學(xué)反應(yīng)速率[2]，達(dá)到爆炸抑制的作用，成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外可燃?xì)怏w爆炸抑制研究熱門(mén)。例如，Acton 等[3]進(jìn)行了水霧抑制爆炸的研究，認(rèn)為使用水霧后爆炸所產(chǎn)生的超壓顯著降低，到達(dá)爆炸超壓峰值的時(shí)間縮短。Medvedev等[4]發(fā)現(xiàn)超細(xì)水霧能降低氫-氧爆炸極限，霧滴越小抑爆作用越明顯。劉晅亞等[5]對(duì)不同水霧條件下的氣體火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為由于水霧降低了反應(yīng)區(qū)內(nèi)火焰溫度和氣體燃燒速度，減緩了火焰陣面?zhèn)鳠崤c傳質(zhì)，從而使傳播火焰得以抑制。秦文茜等[6-10]研究了超細(xì)水霧對(duì)煤塵與瓦斯爆炸的抑制作用，發(fā)現(xiàn)超細(xì)水霧在降低甲烷爆炸溫度、延長(zhǎng)爆炸延遲時(shí)間、降低火焰?zhèn)鞑ニ俣群徒档捅▔毫Ψ矫孀饔妹黠@。然而Zhang等[11]針對(duì)超細(xì)水霧抑制矩形密閉管道瓦斯爆炸進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明隨著通霧量的增加，抑制效果逐漸增強(qiáng)；但當(dāng)超細(xì)水霧不足時(shí)會(huì)有爆炸增強(qiáng)效果。

為進(jìn)一步提高細(xì)水霧的抑爆效率，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從含添加劑的（超）細(xì)水霧[12]、荷電（超）細(xì)水霧[13]等方面進(jìn)行了研究。例如，Chelliah 等[14-15]系統(tǒng)地實(shí)驗(yàn)研究了NaHCO3和水霧抑制瓦斯/空氣混合氣體燃燒的效果，得出NaHCO3對(duì)瓦斯/空氣混合氣體的抑制效果遠(yuǎn)比水霧更有效，水中加入NaOH等添加劑的抑制效果較純水更好。余明高等[16]、陳曉坤等[17]分別在細(xì)水霧與超細(xì)水霧中添加不同濃度 MgCl2、FeCl2、KCl、NaCO3等堿金屬鹽類(lèi)，結(jié)果表明可以提高細(xì)水霧的抑制瓦斯爆效果。余明高等[13]研究了荷電細(xì)水霧對(duì)管道瓦斯爆炸超壓的影響規(guī)律，提出荷電細(xì)水霧由于其霧滴帶有同種電荷，存在互斥的電場(chǎng)力作用，使得霧滴的分布更為彌散，加強(qiáng)霧滴對(duì)火焰的冷卻降溫效果。

另外，英國(guó)南岸大學(xué)展開(kāi)了N2與超細(xì)水霧抑制氫氣爆炸研究，Ingram等[18-19]利用超聲振動(dòng)霧化器產(chǎn)生了索太爾平均直徑（SMD）為6 μm的超細(xì)水霧，進(jìn)行了小型圓管內(nèi)對(duì)氫-氧-氮爆炸抑制作用，發(fā)現(xiàn)其對(duì)燃燒速度和壓升速率有顯著抑制作用，并提高了氫-氧的爆炸下限，提出細(xì)水霧和氧氣稀釋(氮?dú)?產(chǎn)生了加性效應(yīng)，但其并沒(méi)有進(jìn)一步對(duì)管道內(nèi)火焰?zhèn)鞑サ挠绊戇M(jìn)行相關(guān)研究。

綜上，惰性氣體與細(xì)水霧都是常見(jiàn)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的滅火控爆材料。然而，由于惰性氣體抑爆、防滅火時(shí)需要較高的濃度，例如CO2滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)濃度高達(dá)34%；細(xì)水霧應(yīng)用于抑爆工程中受到霧化效果影響，以及用水量大應(yīng)用于某些實(shí)際工程中存在排水困難等，這些因素限制了惰性氣體與細(xì)水霧抑爆技術(shù)的應(yīng)用。為此，本文搭建了雙流體細(xì)水霧惰化抑制管道瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，氣相選取二氧化碳，旨在研究惰化濃度、水霧量等參數(shù)對(duì)管道內(nèi)瓦斯爆炸抑制效果的影響，為研究清潔、高效的適用于煤礦巷道、工業(yè)管道等受限空間的雙流體惰化細(xì)水霧抑爆技術(shù)奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

1　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本文所用的惰化雙流體細(xì)水霧抑制甲烷爆炸的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，主要由實(shí)驗(yàn)腔體、配氣系統(tǒng)、雙流體噴霧系統(tǒng)、高頻脈沖點(diǎn)火系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)、信號(hào)采集與控制系統(tǒng)等6部分構(gòu)成。

實(shí)驗(yàn)腔體為120 mm×120 mm×840 mm的橫向有機(jī)玻璃管，有效容積為12.096 L，即長(zhǎng)徑比為7的管道。左端用一鋼板封閉，通過(guò)法蘭螺釘固定。為了保證實(shí)驗(yàn)的安全性，鋼板正中設(shè)置了一個(gè)直徑為40 mm的泄爆孔，由20 mm厚的PVC薄膜密封，爆炸時(shí)破裂達(dá)到泄壓的作用。

點(diǎn)火電極設(shè)置在右端封閉鋼板的中部，點(diǎn)火電極端部間距5 mm。點(diǎn)火系統(tǒng)為高頻脈沖點(diǎn)火，由點(diǎn)火控制器和高熱能點(diǎn)火器組成，輸出電壓為 6 kV，點(diǎn)火能量為2.5 J。信號(hào)采集和控制系統(tǒng)由紅外電傳感器、高頻壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集卡組成。壓力傳感器為上海銘動(dòng)公司生產(chǎn)的MD-HF型高頻壓力傳感器，量程(-1～1)×105Pa，響應(yīng)時(shí)間0.2 ms，綜合精度為0.25%，安裝于管道頂部中心線(xiàn)距右端11 cm處。紅外光電傳感器型號(hào)為RL-1型，安裝于爆炸管道外部，光電探頭正對(duì)點(diǎn)火電極，用于撲捉爆炸起始時(shí)間。數(shù)據(jù)采集卡為數(shù)據(jù)采集使用的是MC公司生產(chǎn)的USB-1608FS Plus型數(shù)據(jù)采集卡，最大采樣率為400 kS·s-1，通過(guò)Labview軟件采集紅外光數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)?；鹧?zhèn)鞑ミ^(guò)程由德國(guó)LaVision公司生產(chǎn)的High Speed Star 4G型高速攝像機(jī)以 2000 fps的速度進(jìn)行拍攝，像素為 1024× 1024，用于捕捉爆炸火焰的形狀與火焰前鋒的位置。雙流體噴頭為購(gòu)置虹吸式微霧噴嘴，安裝于距離管道左側(cè)20 cm處，噴霧寬幅0.13～0.17 m，其霧滴粒徑范圍20～40 μm。雙流體細(xì)水霧噴頭參數(shù)具體見(jiàn)表1。

表1　雙流體細(xì)水霧噴頭參數(shù)Table 1 Twin fluid water mist nozzle parameters

圖1　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 Schematic of experimental system

配氣系統(tǒng)為直接配氣，由甲烷氣瓶、惰性氣體氣瓶、空壓機(jī)和質(zhì)量流量控制器組成，質(zhì)量流量控制器精度為2.5%。實(shí)驗(yàn)中為了排除爆炸腔體內(nèi)的空氣，在管道右端靠近出口位置開(kāi)一個(gè)排氣閥，從管道左端通入4倍管道容器體積的預(yù)配氣體[20]，整個(gè)充氣過(guò)程持續(xù)7 min。

1.2 實(shí)驗(yàn)工況

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中惰性氣體選取了較為常用的二氧化碳，雙流體細(xì)水霧的通霧時(shí)間分別為1、2、3 s，噴霧壓力分別為0.2、0.3、0.4 MPa，每個(gè)工況均進(jìn)行3～5次實(shí)驗(yàn)，以保證實(shí)驗(yàn)的可靠性。其中，根據(jù)通入時(shí)間，可以得到惰性氣體占有機(jī)玻璃管體積分?jǐn)?shù)，具體結(jié)果如表2所示。

表3　雙流體細(xì)水霧噴嘴通入惰性氣體占管道體積分?jǐn)?shù)Table 2 Fraction of CO2in pipeline transported by twin fluid water mist nozzle

實(shí)驗(yàn)中預(yù)先配比化學(xué)當(dāng)量比的甲烷/空氣預(yù)混氣體，甲烷濃度體積濃度為9.5%。為了比較雙流體惰化細(xì)水霧的抑爆效果，將其抑爆實(shí)驗(yàn)結(jié)果與純CO2抑制 9.5%的甲烷/空氣預(yù)混氣的爆炸參數(shù)進(jìn)行比較。具體實(shí)驗(yàn)工況如表3所示。

表3　實(shí)驗(yàn)工況Table 3 Setting of experimental conditions

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 CO2-雙流體細(xì)水霧對(duì)瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑サ挠绊?/p>

根據(jù)圖2(a)、(c)、(e)、(g)和圖3可以看出，體積濃度為 9.5%的甲烷/空氣預(yù)混氣爆炸的爆炸超壓曲線(xiàn)和火焰速度曲線(xiàn)均呈現(xiàn)了雙峰特點(diǎn)?；鹧?zhèn)鞑サ谝环迨怯捎邳c(diǎn)火成功后，點(diǎn)火源附近瞬間會(huì)發(fā)生小范圍內(nèi)的氣體爆炸，形成一定能量的激波；隨著反應(yīng)速率的增長(zhǎng)，爆炸管道內(nèi)短時(shí)間積聚了大量的熱量，這些熱量使管道內(nèi)的氣體快速膨脹，但由于燃燒氣體受到上管壁的約束，爆炸超壓的第一峰出現(xiàn)，火焰?zhèn)鞑ラ_(kāi)始加速；當(dāng)火焰受到上下管壁的約束后，壓力波與燃燒波相互作用，形成正反饋，火焰?zhèn)鞑パ杆偌铀?。因此第二峰是燃燒波和壓力波共同作用的結(jié)果，此時(shí)爆炸超壓和火焰?zhèn)鞑ニ俣染_(dá)到最大值。當(dāng)封閉膜破裂后，超壓迅速下降，火焰?zhèn)鞑ヒ搽S之減小。

當(dāng)在爆炸管道內(nèi)施加當(dāng)CO2濃度小于10%時(shí)，火焰?zhèn)鞑デ€(xiàn)仍呈現(xiàn)了雙峰特點(diǎn)，且對(duì)火焰?zhèn)鞑シ逯档挠绊戄^?。划?dāng)CO2濃度超過(guò)14%時(shí)，對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊种撇诺玫搅溯^大改善；當(dāng)CO2濃度超過(guò)18%時(shí)，甲烷爆炸火焰?zhèn)鞑ゾ徛?/p>

當(dāng)在爆炸管道內(nèi)施加CO2-雙流體細(xì)水霧時(shí)，除了CO2壓力為0.2 MPa噴霧時(shí)間為1 s工況抑爆效果不佳外，隨著通入CO2總量的增加和噴霧時(shí)間的延長(zhǎng)，在CO2和超細(xì)水霧的共同作用下，對(duì)初期火焰加速的抑制非常明顯，火焰?zhèn)鞑ニ俣惹€(xiàn)呈逐漸緩慢增加趨勢(shì)。當(dāng)CO2壓力增加至0.4 MPa且噴霧時(shí)間增至3 s時(shí)，經(jīng)過(guò)多次點(diǎn)火無(wú)法引燃。

CO2作為稀釋氣體，其熱力學(xué)效應(yīng)和火焰動(dòng)力學(xué)效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致最小點(diǎn)火能變大[21]，不利于點(diǎn)火中心的形成以及火焰?zhèn)鞑?。水霧液滴具有高熱容(2450 kJ·kg-1)，霧滴分散在管道內(nèi)，在遇到爆炸火焰時(shí)蒸發(fā)對(duì)火焰陣面有較強(qiáng)的稀釋、冷卻作用[22]，而本實(shí)驗(yàn)中超細(xì)水霧的粒徑為20～40 μm，在遇到火焰時(shí)甚至遇到之前就可以快速蒸發(fā)吸收大量熱量，降低了爆炸體系的溫度。另外，根據(jù)爆炸支鏈反應(yīng)理論，在爆炸體系內(nèi)，CO2和霧滴作為惰性單元，提高了與自由基或自由原子的碰撞概率，使支鏈反應(yīng)的活化中心濃度大大降低。兩者的協(xié)同作用導(dǎo)致了燃燒反應(yīng)速率的降低，降低了火焰?zhèn)鞑ニ俣龋欢粐婌F壓力下延長(zhǎng)噴霧時(shí)間，又增加了惰性氣體的濃度和水霧量，增強(qiáng)了兩者的抑制作用。因此，隨著噴霧時(shí)間的延長(zhǎng)，火焰?zhèn)鞑ニ俣戎饾u減小。

表4　CO2-雙流體細(xì)水霧對(duì)甲烷爆炸最大火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊慣able 4 Influence of CO2-twin fluid water mist on the maximum flame propagation speed

表4為CO2-雙流體惰化細(xì)水霧對(duì)甲烷爆炸最大火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?，可以看出，隨著噴霧時(shí)間的延長(zhǎng)，爆炸火焰的速度峰值逐漸下降。其中，除了在CO2壓力為0.2 MPa噴霧時(shí)間為1 s工況下瓦斯爆炸最大火焰速度的下降幅度較低，僅為14.35%，其他工況下瓦斯爆炸最大火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊南陆捣染咏踔吝h(yuǎn)超50%，這說(shuō)明延長(zhǎng)噴霧時(shí)間可以很好地抑制火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

圖2　純CO2與CO2-雙流體細(xì)水霧抑制最大火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c火焰位置示意圖Fig.2 Measured flame front position and flame propagation speed with pure CO2and CO2- twin fluid water mist

圖2(b)、(d)、(f)、(h)為純CO2與CO2-雙流體細(xì)水霧作用下火焰位置示意圖?？梢钥闯?，9.5%的甲烷空-氣預(yù)混氣爆炸火焰達(dá)到出口的時(shí)間為 84 ms。當(dāng)CO2濃度超過(guò)14%后，對(duì)火焰?zhèn)鞑サ挠绊懨黠@改善。當(dāng)向爆炸腔體通入CO2雙流體細(xì)水霧時(shí)，在氣體壓力條件相同的情況下，火焰位置曲線(xiàn)隨著噴霧時(shí)間的增加呈緩慢上升趨勢(shì)，火焰前沿到達(dá)管道出口的時(shí)間大幅增加。例如CO2壓力為0.4 MPa下噴霧時(shí)間分別為1、2 s時(shí)，火焰前沿到達(dá)管道出口的時(shí)間增至236、345 ms。

2.2 CO2-雙流體細(xì)水霧對(duì)瓦斯爆炸超壓的影響

圖3(a)為純CO2抑制甲烷/空氣預(yù)混氣爆炸的爆炸超壓曲線(xiàn)，可以看出當(dāng)充入CO2濃度超過(guò)14%后對(duì)爆炸超壓才出現(xiàn)明顯下降。當(dāng)充入CO2濃度超過(guò)18%時(shí)爆炸超壓曲線(xiàn)雙峰特征消失。

對(duì)比圖3(a)和圖3(b)～(d)，即純CO2與CO2-雙流體細(xì)水霧抑制甲烷/空氣預(yù)混氣爆炸的爆炸超壓曲線(xiàn)，可以看出在CO2與細(xì)水霧的共同作用下，爆炸超壓曲線(xiàn)呈先增大后緩慢減小趨勢(shì)；同一氣體壓力下，隨著噴霧時(shí)間的延長(zhǎng)，爆炸超壓峰值顯著下降，尤其是超壓峰值的來(lái)臨時(shí)間明顯延遲；同時(shí)，爆炸超壓曲線(xiàn)的雙峰特征消失，呈單峰特征。但由于霧滴蒸發(fā)、水霧沉降不均勻等因素的影響，泄壓期間管道內(nèi)壓力稍高于純 CO2作用的情況。

圖3　純CO2與CO2-雙流體細(xì)水霧工況下爆炸超壓曲線(xiàn)Fig. 3 Measured overpressure versus time with pure CO2and CO2- twin fluid water mist

表 5 為 CO2-雙流體細(xì)水霧對(duì)甲烷爆炸超壓峰值的影響?？煽闯?，在管道內(nèi)施加CO2-雙流體細(xì)水霧對(duì)甲烷爆炸抑壓效果顯著。例如 9.5%甲烷/空氣預(yù)混氣的最大爆炸超壓為 292.3407×102Pa，CO2壓力為0.3 MPa下噴霧時(shí)間分別為1、2、3 s的最大爆炸超壓分別為197.9285、146.0949、105.8967× 102Pa，相比較不噴霧時(shí)最大爆炸超壓分別下降了35.43%、52.34%、65.45%，表現(xiàn)了出較好的抑壓效果。

3　結(jié) 論

本文對(duì) CO2-雙流體細(xì)水霧抑制管道瓦斯爆炸的抑爆效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，CO2和超細(xì)水霧的抑爆協(xié)同作用主要表現(xiàn)在對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣取⒈ǔ瑝旱囊种?，主要結(jié)論如下。

（1）當(dāng)通入CO2濃度超過(guò)14%時(shí)，對(duì)甲烷爆炸火焰?zhèn)鞑サ囊种撇拍艿玫捷^大改善。

（2）在管道內(nèi)施加 CO2-雙流體細(xì)水霧時(shí)，對(duì)初期火焰加速的抑制明顯。隨著通入CO2的增加或噴霧時(shí)間的延長(zhǎng)，雙峰特點(diǎn)逐漸消失，火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸示徛黾于厔?shì)，火焰?zhèn)鞑ニ俣确逯荡蠓档停f(shuō)明CO2和細(xì)水霧抑制瓦斯爆炸產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)。

表5　CO2-雙流體細(xì)水霧對(duì)甲烷爆炸超壓峰值的影響Table 5 Influence of CO2- twin fluid water mist on overpressure

（3）在管道內(nèi)施加CO2-雙流體細(xì)水霧時(shí)，超壓峰值大幅降低，爆炸超壓曲線(xiàn)呈先增大后緩慢減小趨勢(shì)；當(dāng)CO2壓力增至0.4 MPa噴霧時(shí)間大于3 s時(shí)，經(jīng)多次點(diǎn)火無(wú)法引爆。

（4）CO2-雙流體惰化細(xì)水霧抑爆技術(shù)不僅能發(fā)揮惰性氣體與細(xì)水霧的抑爆優(yōu)勢(shì)，而且大大降低了惰性氣體和細(xì)水霧的用量，迅速、高效，對(duì)于管道等受限空間的抑爆具有一定現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

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2015-09-02收到初稿，2016-04-11收到修改稿。

聯(lián)系人及第一作者:裴蓓(1982—)，女，博士研究生。

Received date: 2015-09-02.

中圖分類(lèi)號(hào):TD 712

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):0438—1157（2016）07—3101—08

DOI:10.11949/j.issn.0438-1157.20151388

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1361205)；河南省科技廳基礎(chǔ)與前沿基金項(xiàng)目 (152300410100)；河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（14A620001）。

Corresponding author:PEI Bei, pb128@hpu.edu.cn supported by the National Natural Science Foundation of China (U1361205), the Basic and Frontier Research Project of Henan Province in China (152300410100) and the Basic and Advanced Technology Research Project of Henan Province in China (14A620001).

Suppression effect of CO2-twin fluid water mist on methane/air explosion in vented duct

PEI Bei1,2, YU Minggao1,2, CHEN Liwei1,2, YANG Yong1,2, NIU Pan1,2, ZHU Xinna1,2
(1Collaborative Innovation Center of Coal Safety Production of Henan Province, Jiaozuo 454003, Henan, China;2State Key Laboratory Cultivation Bases Gas Geology and Gas Control, School of Safety Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, Henan, China)

Abstract:The experimental study on the synergistic suppression effect of carbon dioxide and ultrafine water mist on stoichiometric premixed methane/air mixture in a vented duct was carried out in this paper. The ultrafine water mist was generated from a twin fluid nozzle. The results indicated that CO2and water mist had a synergistic suppression effect on methane/air explosion and the efficiency of explosion suppression was significantly improved. With the increase of mist spraying time, the peak flame propagation speed and peak overpressure decreased obviously. When the pressure of CO2increased to 0.4 MPa and mist spraying time was more than 3 s, the methane/air mixture cannot be detonated after several times of ignition. It was beneficial to improve the explosion suppression efficiency of water mist.

Key words:gas-liquid flow; carbon dioxide; methane; explosion suppression; synergistic effect; safety