工业粉尘“二次爆炸”过程研究

开展了工业粉尘“二次爆炸”过程实验室研究工作。对玉米淀粉、小麦粉等粮食粉尘进行了研究，得到了“二次爆炸”发展过程以及最后形成的爆轰波特性，还进一步研究了粉尘层冲击波卷扬过程和分析讨论了粉尘“二次爆炸”过程的影响因素。     

公共建筑结构内爆炸效应的数值模拟

大型公共建筑结构内的爆炸问题分为4个连续阶段,即炸药的爆轰、冲击波的传播、冲击波与结构壁面的反射、结构壁面在爆炸载荷作用下的动力响应。为研究大型公共建筑结构内爆炸的效应,以爆轰动力学、爆炸力学、结构动力学和爆炸力学计算方法等多个领域的理论知识为基础,选取典型长方体空间为研究对象,采用有限元计算方法,对长方体密闭空间内冲击波传播规律及壁面爆炸载荷分布特性进行了数值模拟。结果表明:在爆炸冲击波距离结构壁面较远时,计算模型中的冲击波衰减规律与无限大气中的相似,可以采用空爆理论计算模型;而在结构壁面处,由于受到反射冲击波的影响,当反射波与入射波叠加后在某些观察点会出现压力急剧升高,甚至压力超过首个峰值的现象;在结构壁面的角域,由于冲击波衰减缓慢,超压作用时间较长,破坏效果也最大。     

基于两相流模型数值研究可燃颗粒燃烧爆轰的特性

粉尘爆炸是工业爆炸灾害的重要形式。建立可燃颗粒非均相系统的燃烧爆轰模型,基于Eulerian-Eulerian数值描述方法,采取有限差分方法编制非均相系统燃烧和爆轰发展的数值模拟程序,对封闭空间内两相非定常爆轰过程进行研究。数值分析可燃颗粒尺度、颗粒浓度对非均相系统燃烧、爆轰特性的影响。结果表明:在一定的范围内,当可燃颗粒的体积分数为10%,粒径0.5mm时,流场的燃烧爆轰效应最强。即10.6ms时刻,流场压力值达到28MPa,温度高达2600K,颗粒燃烧效率最高。     

糖粉粒径对其爆炸特性影响的试验研究

为研究糖粉粉尘爆炸特性,采用20 L球形爆炸装置进行试验测试,通过改变糖粉粒径来测定粉尘爆炸下限质量浓度(LEL)、爆炸压力以及爆炸指数特性参数,研究粒径对糖粉爆炸特性的影响。结果表明,随着粒径的减小,粉尘LEL先由70~80 g/m3降低到0~10 g/m3,再上升到20~30 g/m3;爆炸压力由0.75 MPa增大到1.07 MPa;爆炸指数由11.2 MPa·m/s增大到23.4 MPa·m/s。此外,粒径为45~53μm的3号粉尘的LEL为0~10 g/m3,其爆炸敏感度最高;而粒径小于等于45μm的4号粉尘的爆炸压力为1.07 MPa,爆炸指数为23.4 MPa·m/s,其爆炸烈度最大。随着粒径的减小,糖粉粉尘的爆炸烈度单调性增大。     

玉米淀粉粉尘爆炸危险性研究

为研究玉米淀粉粉尘爆炸危险性,采用哈特曼管式爆炸测试装置和20 L球爆炸测试装置对200目(<75μm)以下的玉米淀粉粉尘爆炸危险性进行评估,基于静电火花和粉尘质量浓度对粉尘爆炸的影响,对玉米淀粉的静电火花最小点火能量、爆炸下限质量浓度、最大爆炸压力和爆炸指数进行了研究,根据试验结果对玉米淀粉爆炸危险性进行分级。试验结果表明:温度在25℃,喷粉压力为0.80 MPa,粉尘质量浓度在250～750 g/m3范围内,粉尘的最小点火能量随着粉尘质量浓度增加而降低,其最小点火能量在40～80 mJ之间;在点火能量为10 kJ时,粉尘爆炸下限质量浓度在50～60 g/m3之间;在粉尘质量浓度为750 g/m3时,爆炸压力达到最大,为0.66 MPa;在粉尘质量浓度为500 g/m3时,爆炸指数达到最大,为17.21 MPa.m/s,其粉尘爆炸危险性分级为Ⅰ级。     

硬脂酸粉尘爆炸特性试验研究

为研究硬脂酸粉尘的爆炸特性,采用20 L球型爆炸仪对4个粒径范围的硬脂酸粉尘进行粉尘爆炸试验研究。结果表明:一定浓度范围内增大粉尘浓度能够提升硬脂酸粉尘的爆炸能量和燃烧速率。增大粉尘浓度,爆炸猛烈度先增强后减弱;减小粉尘粒径,能增强爆炸猛烈度和敏感度。粒径小于58 μm粉尘的爆炸猛烈度和敏感度最大,浓度500 g/m3时,该粉尘有最大爆炸压力1.12 MPa和最大升压速率142.00 MPa/s。     

粉尘爆炸研究方向初探

本文从现有的对粉尘爆炸特性的认识出发,分析了粉尘云特性,粉尘爆炸与爆轰,湍流对反应波阵面的加速几个方面,提出了近期应该在粉尘爆炸参数测试技术标准化、粉尘指数K_(st)、粉尘爆燃转炸轰的过程、泄炸机理以及控炸装置和控炸设计规范等方面的研究上下功夫,以便更有效地利用现有的试验条件,更快、更多、更好地解决工程实际问题。     

替米考星粉尘爆炸及火焰传播试验研究

为研究制药工业粉尘爆炸事故机制,以典型药物替米考星为对象,分析药物粉尘爆炸和火焰传播特性。主要采用20 L球形爆炸装置、最小点火能(MIE)装置和颗粒图像测速仪(PIV)等设备,试验测试替米考星粉尘的爆炸下限、最大爆炸压力、爆炸指数、MIE和火焰传播速度等指标。结果表明,平均粒径为50μm的替米考星球形颗粒粉尘,其爆炸下限质量浓度为20~30 g/m3,最大爆炸压力为0.89 MPa,最大爆炸指数为25.80 MPa·m/s,MIE为13.20 m J;当粉尘质量浓度为416.67 g/m3时,喷粉初始压力为0.5 MPa,喷粉点火87.5 ms后,竖直管道中火焰传播速度达到最大值34 m/s。     

高硅铝合金粉尘云燃爆特性研究

通过开展硅质量分数25%高硅铝合金粉尘燃爆特性研究,揭示了硅质量分数25%高硅铝合金粉尘的最小点火能、最低着火温度、爆炸下限和最大爆炸压力。研究结果表明,在实际生产中要防止高硅铝合金粉尘云与雷电、静电、生产中摩擦或碰撞所产生的火花等能量源接触,避免达到高硅铝合金粉尘云的最小点火能0.1～0.2 mJ而引发爆炸事故;要防止出现明火与发热设备热表面温度达到高硅铝合金粉尘云最低着火温度960℃;对高硅铝合金生产场所、工艺设备等进行抗爆设计时,约束爆炸压力措施承受最大爆炸压力的冲击至少要在0.525 MPa或以上。     

浓度对橡胶粉尘爆炸特性的影响

为了解橡胶粉尘的爆炸危险性,采用20 L球爆炸测试装置对常温常压下、粒径75μm以下的橡胶粉尘在质量浓度50~700 g/m3范围内的爆炸特性进行试验研究,测定其最大爆炸压力及爆炸指数随质量浓度的变化规律,进而对其爆炸危险性程度进行分级。结果表明:橡胶粉尘质量浓度为300 g/m3时,爆炸压力达到最大值0.49MPa;在橡胶粉尘质量浓度为250 g/m3时,爆炸指数达到最大值5.04MPa·m/s,根据ISO 6184粉尘爆炸烈度等级分级标准,其粉尘爆炸危险性分级为St-1级。     

气相爆轰实验系统设计

设计了一套内径139 mm、总长10 m的气体、粉尘爆轰管道式反应装置,装置由试验管道系统、测试系统、辅助实验系统和控制系统4部分构成。测试系统包括高频响动态压力传感器、火焰传感器、超动态应变仪、数据采集卡、高速摄像系统等设备,以便测试可燃气体、粉尘的爆轰参数和管道的动力学响应特征参数。实验装置可用于可燃气云和粉尘的燃烧、爆炸特性以及爆轰波对结构加载作用的研究,研究成果可用于燃气输送管道的设计、校核,为安全生产保驾护航。     

氢氧混合气体爆炸临界条件实验研究

可燃气体的燃烧、爆炸是工业生产中常见的灾害性事故,危害极大.通过爆轰管实验装置,采用疏密分布的压力传感器测量氢氧混合气体的爆轰特性,并依据压力和波速在燃烧转爆轰瞬间发生突跃,判断混合气体爆炸的临界条件.实验结果表明,爆炸压力随氢气初始浓度呈∩形变化,50%氢气体积分数为爆炸最佳浓度值;在常温常压下,氢氧混合物爆炸的临界氢气体积分数是15%和90%;化学计量比的氢氧混合气体发生爆炸的临界初始压力为0.01 MPa;氮-氢-氧三元混合气体爆炸的临界氮气体积分数为60%.     

惰性物对爆炸的遏制

利用爆炸激波管技术研究了部分惰性物对爆炸特性的影响。用多通道辐射高温计测量了氮气对汽油爆轰温度的影响。研究表明，增加氮气含量可以较明显地降低汽油爆轰温度。采用化学当量配比氢氧混合物爆轰产生水蒸气的方法研究了水蒸气对汽油爆轰特性的影响。研究表明，水蒸气能明显降低爆炸压力，水蒸气压力增加到0．1MPa时可导致爆炸熄灭；硝基甲烷和氧气混合物中充人氮气后爆炸压力明显下降，采用光多通道分析系统(OMA谱仪)和多台单色谱仪的光谱测量结果表明，反应中间产物的CH3O、CH辐射强度迅速衰减，反应衰竭。     

碳纤维复合材料粉尘爆炸强度特性研究

碳纤维复合材料是应用于航天、航空领域的高性能材料之一,对于该材料的粉尘爆炸特性还未有相关研究报告。为了研究碳纤维复合材料粉尘的爆炸强度特性,本文采用20L球形粉尘爆炸测试实验系统开展了相关实验研究。实验测得碳纤维复合材料粉尘爆炸下限浓度为50g/m 3,最大爆炸压力为0.48MPa。在测试浓度范围内,最大压力上升速率和爆炸指数均随浓度的增大而变大。另外,在其爆炸强度特性研究的基础上,对产尘车间的环境风险进行了初步辨识,提出了相应的防护措施。本文的研究成果对此类碳纤维复合材料粉尘的工业防护具有实际的指导作用,对于该粉尘的爆炸机理的深入研究也具有一定的参考价值。     

酚醛树脂粉尘爆炸危险性实验研究

针对工业生产中的酚醛树脂粉尘爆炸问题,运用20 L近球形粉尘爆炸特性测试系统,测试了常温常压条件下酚醛树脂粉尘的爆炸下限、最大爆炸压力和最大压力上升速率等爆炸特征参数,分析不同质量浓度与其之间的变化规律,并计算出相应爆炸指数,对爆炸危害等级进行分级。实验结果表明,酚醛树脂粉尘云的爆炸下限质量浓度为10~20 g/m~3;最大爆炸压力、最大压力上升速率和爆炸指数关系曲线变化趋势大致相同,均呈现先升高后降低的现象,并同在200 g/m~3时达到最大值,分别为0.664 MPa,82.5 MPa/s,22.4 MPa·m/s;其粉尘爆炸危害等级为S_(t2)。     

谷物粉尘爆炸特性试验研究

为了解国内某啤酒企业平筛工艺过程除尘系统新鲜谷物粉尘爆炸特性,采用1.2 L哈特曼管式粉尘爆炸试验装置进行试验,以研究其粉尘粒径、质量浓度、含水率因素对谷物粉尘爆炸压力(P)及爆炸压力上升速率(d P/dt)的影响。结果表明,该谷物粉尘爆炸下限(LEL)质量浓度为125~166.67 g/m~3,质量浓度为291.67g/m~3时存在最大爆炸压力P_(max)和最大爆炸压力上升速率(d P/dt)max,分别为1.81 MPa和10 MPa/s;d P/dt与P变化具有相似性。谷物粉尘粒径由98~105μm增加至180~1 250μm,其LEL质量浓度由50~58.33 g/m~3增加至141.67~150 g/m~3,且P由0.90 MPa降低至0.72 MPa;含水率由6.39%降低至0(绝对干燥)时,P由1.3 MPa增加至2.1 MPa。     

小麦淀粉粉尘爆炸特性参数的研究

采用哈特曼管式爆炸测试装置和20L球爆炸测试装置对小麦淀粉粉尘爆炸特性参数进行评估,对粒度小于75μm的样品的爆炸危险性参数进行测试,得出了一定条件下的小麦淀粉对静电火花的敏感程度以及其爆炸的猛烈程度,进而对其爆炸危险性程度进行分级。结果表明,温度在25℃,喷粉压力为0.70MPa,小麦淀粉的最小点火能量在40~80mJ;在点火能量为10 kJ时,最大爆炸压力为0.60MPa,最大爆炸指数为7.87MPa.m/s,其粉尘爆炸危险性为Ⅰ级。     

甲烷体积分数及巷道结构对甲烷爆炸特性影响研究

为明确甲烷体积分数及巷道结构对甲烷-空气爆炸特性的影响机制,采用Fluent软件建立3种不同结构的巷道模型,对甲烷体积分数分别为6%、9.5%和13%条件下的巷道甲烷爆炸过程进行数值计算,分析爆炸压力和温度的变化特性以及火焰的传播特性。结果表明:当甲烷的体积分数为9.5%时,直巷道中冲击波峰值压力及爆炸温度最高;随着测试距离的增加,冲击波峰值压力不断降低,并且符合指数衰减特征;不同巷道结构甲烷爆炸后压力峰值的差异主要出现在弯道处,其冲击波峰值压力大小为90°巷道直巷道分叉巷道;分叉巷道中经过拐角后的冲击波峰值压力明显下降,对冲击波阻碍作用显著;此外,当冲击波进入弯道并沿壁面传播时,受压缩波、稀疏波及反射波等多波系共同影响,火焰沿壁面传播特性发生改变。     

障碍物对瓦斯爆炸冲击波影响研究

为研究障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播规律的影响,利用水平管道式气体——粉尘爆炸实验装置,测试并分析障碍物数量、尺寸和壁面粗糙程度对瓦斯爆炸冲击波超压、冲击波传播规律的影响。结果表明:障碍物对瓦斯爆炸过程中冲击波传播规律具有重要影响。障碍物存在时,改变了爆炸冲击波的传播规律,提高了冲击波超压的最大峰值压力,且随着障碍物数量和尺寸的增加,这种激励作用越明显。随着壁面粗糙程度的增大,瓦斯爆炸冲击波超压明显增大。研究结果对井下巷道瓦斯爆炸冲击波的防治具有一定的指导意义。     

基于HLLC算法的连通器瓦斯爆炸模拟研究

为研究连通器瓦斯爆炸的瞬态流场并精确捕捉冲击波,采用基于详细化学反应的建表方法(TDC),在OpenFOAM平台上开发基于HLLC算法的瓦斯爆炸求解器,对1 m3密闭釜-管道系统内的瓦斯(甲烷)-空气预混气体爆炸模拟分析,通过瓦斯爆炸试验对模拟结果进行验证,在此基础上分析连通器瓦斯爆炸火焰及冲击波传播特性。结果表明:瓦斯爆炸火焰经过管道时加速,以射流形式喷入传爆釜,传爆釜冲击波的反射波与射流火焰耦合诱导二次爆炸,冲击波强度二次急剧上升;传爆釜中冲击波强度随管道长度增加而增大,管道长4 m时,火焰传播持续加速,而管道长6和10 m时,火焰传播速度先增高后降低。