关于粉尘燃烧与爆炸机理的研究已有一定的历史, 对预防粉尘燃烧与爆炸探究也有了长足发展[1][2],对粉尘爆炸模型进行研究的主要学者有Mitsui, Lee ,Tanak, Nagy,和Sichel等,各个国家比如英、美、德、加等国都曾投入大量的科研人力资源、实验设备设施和实验投入资金[3][4],探寻解决粉体工业的安全生产与防护问题的途径,为进一步有效控制粉尘爆炸奠定了大量的理论和实践基础[5][6]。但是粉尘爆炸的事故还是不断发生,针对粉尘的爆炸问题的研究还需不断进行改善[7]。47079
等温爆炸模型、绝热爆炸模型和一般模型是目前最为主要的三种研究模型。其中等温爆炸模型假设在发展过程中燃烧产物温度以及初始反应物温度两者都始终保持不变,此模型的特点就是实用而且简单,但是该模型也有一定的限制所在,会使粉尘爆炸后果计算存在一定的偏差[8]。绝热爆炸模型的主要侧重点是应用在防止粉尘爆炸及传播等实际应用操作方面[9]。
粉尘爆炸是一个复杂快速燃烧的过程,不同的粉尘可能有不同的点火机理,根据著名学家Bardon和Fletcher[10],他们认为粉尘云有三种点火机理,而Benedetto和Russo[11]认为粉尘的燃烧主要通过加热和非均相燃烧两条途径来进行。Mittal(2001)曾讨论过计算粉尘云最小可爆浓度的数学模型[12]。东北大学的任纯力根据图1.2.1粉尘点火过程,建立了粉尘云最小点火模型[13]。
图1.2.1粉尘颗粒点火过程[14]
但是纯粹从理论层面来研究粉尘爆炸机理,一直有较大的难度,其模型准确性与否也还是需要实验来进行验证。因此,首先需要对粉尘爆炸的基本参数进行测定研究,掌握其自身特性。但是,任何粉尘爆炸参数的测定会受到试验的气候环境条件、粉尘喷射方式或扬尘形式的影响,所以对这些条件设计以及因素影响分析目前也是各国研究的热点。为研究粉尘爆炸参数的测定的统一性,对一些测试仪器也进行了推广和推荐。
爆炸参数主要使用的仪器是1.2LHartmanm管粉尘云燃烧装置、20L球爆炸测试装置论文网、23L圆柱形封闭燃烧装置、60L爆炸测试置和lm3爆炸室。常见使用的仪器如下,一是改进的Hartman管爆炸仪,此装置操作简便,可以找出粉尘的爆炸下限;二是比较理想的测定粉尘爆炸特性实验装置—20L球形标准爆炸测试装置,其试验结果为压力时间曲线图,可清晰的得出粉尘爆炸的最大压力,压力上升速率峰值等参数[15]。
20L球爆炸测试装置[16]
目前国内关于爆炸参数的研究方面,主要研究的爆炸特性包括最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和爆炸极限等,如南京理工大学的陈网桦通过20L标准球型爆炸测试装置对铝粉、黑索今粉尘及它们的混合粉尘的爆炸性进行了相关的实验研究,通过大量实验时爆炸时的最大爆炸压力、最大压力上升速率等数据,陈网桦发现铝粉和RDX粉尘在一定混合配比时两者的协同效应。同时,当随着混合粉尘中铝粉的含量的变化,其爆炸时的最大压力上升速率也随之变化[17]。东北大学苑春苗针对玉米淀粉的爆炸迅猛度参数利用1.2LHartmann管与20L标准球形爆炸测试装置进行研究和对比分析[18]。同样四川大学的李化也采用20L标准球形爆炸测试装置对烟煤粉的爆炸参数特性进行了实验探究[19]。日本的学者Ou-Sup Han通过粉尘颗粒物燃烧运动规律如图1.2.2,来推测粉尘燃烧爆炸火焰的传播途径和方向[20]。关于二次爆炸的冲击波带来的扬尘问题可借鉴对粉尘云卷吸或激波作用和颗粒群特征规律的研究,特别是要将颗粒颗粒之间碰撞、颗粒与壁面碰撞和研究的计算模型这些因素包括进去