PDF《矩形管道中微米级铝粉爆炸实验》

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2、 6. 5μ m 的铝粉分别在点火延迟时间大小为1

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3 0m s时, 达到其最大的最大爆炸压力.图4中粒径为1

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2、 6. 5μ m 的铝粉分别在点火延迟时间

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9 第5期文虎, 等:矩形管道中微米级铝粉爆炸实验 大小为1

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4 0m s时, 达到其最大的最大爆炸压力上升速率.对比图3~4, 铝粉尘爆炸时的pm a x和(dp/dt)max达到最大时所对应的点火延迟时间不一定相同.其原因为, 因点火延迟时间不同, 粉尘受气 流和自身重力影响在装置中的上扬和沉降状态也不同, 导致点火电极处的粉尘浓度也不同, 造成其爆炸 反应时的反应速率的变化.这种不一致性, 在其他的金属粉尘爆炸中也可以看到, 表面氧化过程比中心 燃烧过程, 这种现象似乎更加普遍[ 3,

1 3 ] . 2. 1.

3 粒度对铝粉爆炸的影响 综合图3~4可知, 随着铝粉粒度的增大, pm a x和(dp/dt)max的最大值都呈现出先增大后减小的变 化趋势, 且pm a x和(dp/dt)max达到最大时所对应的点火延迟时间也增大.一方面, 因为粉尘在管道中存 在分散和沉降的过程, 不同粒度的铝粉在实验管道中的分散和沉降的速率不同, 影响了铝粉的悬浮状 态.另一方面, 固体颗粒的大小是影响其燃烧速率的重要因素, 粉尘粒度的大小对应不同的比表面积. 粉尘粒度越小, 其比表面积越大, 粉尘分散后与氧的接触面更大, pm a x和(dp/dt)max相应增大, 反之亦 然.在理论上, 粉尘粒度越小, 其比表面积越大, 越易燃烧, 爆炸压力也越大;

反之, 随着粒度的增大, pm a x和(dp/dt)max应随之减小: 这与图中规律所示不符.主要是因为, 实验所用铝粉未添加任何防团聚 的物质, 6. 5μ m 铝粉团聚现象较为严重, 铝粉颗粒的相互团聚影响了铝粉的燃烧性能, 导致其pm a x和最 大爆 ( d p / d t ) m a x较1 2μ m 铝粉小. 2.

2 浓度对铝粉爆炸的影响 铝粉平均粒径分别为6.

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1 8μ m, 对应最佳点火延迟时间为3

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1 0 0m s时, 测试不同浓度铝 粉的爆炸压力.不同浓度铝粉爆炸时的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率的变化趋势, 分别如图 5~6所示. 图5 粉尘云浓度对pm a x的影响 F i g . 5pm a xv a r i e dw i t hd u s t c o n c e n t r a t i o n 图6 粉尘云浓度对( d p / d t ) m a x的影响 F i g .

6 ( d p / d t ) m a xv a r i e dw i t hd u s t c o n c e n t r a t i o n

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9 爆炸与冲击第3 8卷 从图5~6可知, 在矩形竖直管道中, 铝粉粒径及点火延迟时间保持一定时, 铝粉爆炸时的 pm a x和(dp/dt)max均随 浓度的增加表现为先增大后减小的趋势, 还存在一个最佳浓度使铝粉的pm a x 和(dp/dt)max达到最大.因为随铝粉浓度逐渐增大, 单位体积内的铝粉质量随之增多, 此时氧气充足, 反 应充分迅速, 因而 pm a x和(dp/dt)max逐渐增大.最佳爆炸浓度时, 管道中铝粉与氧气的比例达到最佳, 反应最充分, 所以 pm a x最大.当管道中铝粉浓度超过最佳爆炸浓度时, 一方面, 相对较少的氧气不足以 支撑所有铝粉完全燃烧, 另一方面, 未完全燃烧的铝粉会吸收爆炸产生的热量, 所以 pm a x相较于最佳爆 炸浓度会有所降低.仍需强调的是, 虽然铝粉爆炸的 pm a x和(dp/dt)max随着铝粉浓度的由小变大均存 在先增大后减小的变化趋势, 但pm a x和(dp/dt)max在某些情况下并不是在同一浓度下达到最大, 这种不 一致可能与表面氧化和中心燃烧有关[ 3,