PDF《锆金属粉尘云的爆炸特性》

第3 7卷第3期爆炸与冲击Vol.

37,N o .

3 2

0 1 7年5月EXPLOSION AN DS HO C K WAV E S M a y ,2

0 1

7 D O I :

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3 /

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0 1 -

1 4

5 5 (

2 0

1 7 )

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9 6 -

0 6 锆金属粉尘云的爆炸特性 * 邓军1,

2 , 任旭刚1,

2 , 王秋红1,

2 , 杨玉峰1,

2 ( 1. 西安科技大学安全科学与工程学院, 陕西 西安

7 1

0 0

5 4;

2. 西安科技大学陕西省煤火灾害防治重点实验室, 陕西 西安

7 1

0 0

5 4 ) 摘要:采用2 0L近球形爆炸实验系统对锆粉尘云的爆炸特性开展了实验研究, 分别分析了初始点火能 量、 点火延迟时间、 粉尘云浓度3种因素对锆粉尘云爆炸强度的影响, 揭示了锆粉尘云在密闭容器中的爆炸特 性.在本实验条件下, 结果表明: 初始点火能量对锆粉尘云最大爆炸压力有显著影响, 锆粉尘云最大爆炸压力 随初始点火能量的增大而增大;

随点火延迟时间的增加, 锆粉尘云最大爆炸压力先增大后减小, 存在最佳点火 延迟时间;

随粉尘云浓度的增大, 锆粉尘云最大爆炸压力先增大后减小, 存在最佳锆粉尘云浓度, 得到锆粉尘 云的爆炸下限为1 8~2 0g / m3 . 关键词:锆;

粉尘云;

爆炸压力;

初始点火能量;

点火延迟时间 中图分类号:O

3 8 1;

X

9 4

5 国标学科代码:

1 3

0 3

5 文献标志码:A 金属粉尘爆炸是指悬浮状金属颗粒被快速氧化, 瞬间释放出大量热量, 系统内温度和压力迅速升高 的现象[ 1] , 占总粉尘爆炸事故的三分之一[

2 ] .锆粉是一种高致热性金属粉, 它具有较低的着火点低( 约210℃) 、 极易被氧化、 燃烧速度大和释放热量高的特点, 被广泛应用于民用、 航天、 新能源、 军工以及核 反应堆等领域.近年来, 一些学者对锆粉的燃烧进行了相关研究, 其中 W. L. D o y l e等[ 3] 研究得到锆金 属在压力为1.

0 1 3MP a的氧气中燃烧达到的最高温度为49

3 0K.K. H. E w a l d等[ 4] 研究了锆粉在氧 气中的燃烧规律, 指出当气体压力升高时, 锆粉的燃烧温度和波速随着增大;

相对湿度较小的锆粉燃烧 时, 温度在初始时就急剧上升, 而相对湿度较大的锆粉燃烧时, 温度缓慢上升.C. B a d i o l a等[

5 ] 研究发 现, 锆颗粒的平均燃烧温度与其自身的绝热火焰温度非常接近, 且颗粒燃烧温度与粒子大小无关, 颗粒 燃烧时间与颗粒尺寸存在函数关系.王秋红等[

6 - 7] 利用粉尘云瞬态火焰实验系统以及自行设计的粉尘 云连续吹喷预混燃烧实验系统, 研究了锆粉尘云火焰在管道中传播时的温度和速度特性以及锆粉尘云 喷射火焰的火焰发射率和温度场分布.丁以斌[ 8] 利用粉尘云火焰传播实验系统, 结合粒子图像测速技 术、 高速显微和纹影技术, 研究了锆粉尘云火焰传播特性和火焰的微观结构.以上研究主要侧重于锆粉 的燃烧特性和锆粉的火焰传播特性, 而对锆粉在密闭容器中的爆炸特性未见报道.本文中采用2 0L近 球形爆炸实验系统, 以锆粉为研究对象, 开展实验研究初始点火能量、 点火延迟时间以及粉尘云浓度对 爆炸压力的影响, 揭示锆粉尘云的爆炸特性.

1 实验系统与实验材料 1.

1 实验系统介绍 采用2 0L近球形爆炸实验系统, 该系统由容积为2 0L的近球形爆炸罐、 喷粉系统、 点火系统、 控制 系统和数据采集系统组成, 如图1所示.近球形爆炸罐高3 5c m, 内径3 0c m.喷粉系统由压缩空气气 瓶、 电磁阀、 储气罐、 储粉罐、 粉体扩散器和托粉皿组成, 用来喷起粉尘, 形成粉尘云.点火系统采用化学 * 收稿日期: