基于响应面方法的甘薯粉尘爆炸研究

为给甘薯粉尘爆炸预防提供依据,用20 L球形爆炸装置进行爆炸试验,研究甘薯粉尘粒径、质量浓度和点火能量3个单因素对爆炸的影响;同时,用响应面方法,通过Design-Expert软件中Box-Behnken试验设计,对影响甘薯粉尘爆炸的因素进行对比分析。试验结果表明,甘薯粉尘最大爆炸压力随粉尘粒径的减小而增大,随粉尘浓度的增加呈现先增加后减小的趋势,随点火能量的增大而增大。同时,由Box-Behnken试验中响应面回归方程知,甘薯粉尘质量浓度对粉尘爆炸影响最大,其次是点火能量,甘薯粉尘粒径对相应粉尘爆炸影响最小。     

点火延迟时间对粉尘最大爆炸压力测定影响的研究

根据粉尘云形成时颗粒分散及沉降的时间效应,指出目前国际通行的球型爆炸装置采用固定点火延迟时间测定粉尘最大爆炸压力的方法具有不确定性,并以煤粉为介质在20 L标准爆炸球装置上进行系列爆炸实验,研究装置点火延迟时间对粉尘爆炸压力的影响。结果表明:点火延迟时间对粉尘爆炸压力测定有十分显著的影响,不同粒径粉尘的最大爆炸压力有不同点火延迟时间,目前仅以气相湍流度所确定的固定点火延迟时间下,所测粉尘最大爆炸压力可能严重偏离实际。     

三环唑粉尘爆炸特性研究

利用激光粒度仪对三环唑粉尘的粒径分布进行分析,并用20 L爆炸球测试装置、哈特曼管装置探讨了粉尘质量浓度、点火延迟时间、点火能量、粒径分布对粉尘爆炸的影响并总结了相关规律。实验结果表明:粉尘粒度是影响粉尘最小点火能和爆炸下限的单调因素,粉尘质量浓度是影响粉尘爆炸压力的极值因素,点火延迟时间是影响粉尘最小点火能的极值因素。     

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。     

基于正交实验的面粉爆炸特性研究

为探究面粉爆炸实验中粉尘质量浓度、点火能量、点火延迟时间对面粉爆炸的影响,采用正交实验法并利用20 L球形爆炸测试装置比较研究了粉尘质量浓度、点火延迟时间以及点火能对面粉爆炸的影响程度。结果表明:对最大爆炸压力影响最为显著的因素是点火延迟时间,对最大爆炸指数影响最为显著的因素是粉尘质量浓度;在实验浓度范围内,存在最佳实验条件。当粉尘质量浓度500 g/m3、点火延迟时间100 ms时,面粉爆炸最剧烈。     

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。     

硫磺粉尘爆炸特性影响因素试验研究

为了解硫磺粉尘爆炸特性,利用20 L球形爆炸装置开展正交试验和单因素试验,研究粉尘质量浓度、点火能量和粉尘粒径3个因素对硫磺粉尘最大爆炸压力(pmax)和最大爆炸压力上升速率((dp/dt)max)的影响机制。利用SPSS软件对试验数据进行极差分析,并构建回归模型。结果表明:其他条件一定时,pmax和(dp/dt)max均与粉尘质量浓度、点火能量成正相关关系,与粉尘粒径成负相关关系;3个因素的影响程度依次为:粉尘质量浓度点火能量粉尘粒径。硫磺颗粒燃烧过程生成的硫磺液滴能造成20 L球罐内的硫磺燃烧不充分,并削弱粉尘粒径对pmax和(dp/dt)max的影响;较高的点火能量可以削弱硫磺液滴的这种不利影响。     

点火延迟时间对甘薯粉尘爆炸的影响研究

为了预防甘薯粉尘爆炸事故的发生,本文研究点火延迟时间对甘薯粉尘爆炸的影响规律,利用20 L球形爆炸仪研究甘薯粉尘的爆炸特性及其在200 g/m3,500 g/m3和800 g/m3质量浓度下通过改变点火延迟时间的爆炸规律。结果表明:粉尘的最佳点火延迟时间与浓度有关,在该点火时间下所测得的最大爆炸压力均高于在固定点火延迟时间下的测量值,60 ms的固定点火延迟时间不适用于甘薯粉尘爆炸测试。     

煤粉粒径对粉尘爆炸影响试验研究与数值模拟

为分析煤粉粉尘的爆炸特性,利用20 L爆炸球测试装置与Fluent软件,试验研究煤粉粒径、质量浓度对煤粉云最大爆炸压力、爆炸指数的影响。结果表明,当试验环境温度为293~303 K时,点火能量为10 k J,粒径为26,73和115μm等3种粉尘云的最大爆炸压力均随着粉尘质量浓度的增加先升后降,在350 g/m3处达到最大值。同一粉尘质量浓度下,最大爆炸压力、爆炸指数均随着粒径的减小而增大。在60~120 ms时间内,粒径为26μm、质量浓度为350 g/m3的粉尘颗粒在球体内能保持一定的稳定状态,60 ms左右扩散达到相对均匀状态。爆炸后,燃烧最高温度为2 060 K,未燃区温度由300 K上升至375 K。粒径为26μm的煤粉尘云爆炸危险性等级为Ⅱ级,粒径为73和115μm的煤粉尘云爆炸危险性等级为Ⅰ级。     

苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘爆炸特性研究

采用MIE-D1.2型最小点火能测试装置及20 L球型粉尘爆炸测试装置,对苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘的爆炸特性进行研究。结果表明,过74μm、58μm、47μm孔径筛的粉尘对静电火花敏感,其最小点火能表征值分别为610 mJ、361 mJ、201 mJ。随粉尘质量浓度增加,最小点火能呈现先减小后增加的规律。随粉尘粒径减小,最小点火能与粉尘质量浓度变化关系曲线向低粉尘质量浓度和低点火能量方向偏移,且对应的最敏感爆炸质量浓度从500 g/m~3降至200 g/m~3。随粉尘质量浓度增加,过147μm、74μm、47μm孔径筛的苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘爆炸压力及爆炸压力上升速率呈现先增加后减小趋势。在相同粉尘质量浓度下,中位径小于74μm的苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘,粉尘的爆炸压力增幅明显减小。苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘爆炸下限质量浓度为25 g/m~3,最大爆炸指数为14.636 MPa·m/s,爆炸危险等级划分为St1。     

速生杨木粉尘最小点火能的实验研究

为防止木材加工中木质粉尘燃爆事故的发生，以纤维板生产中常见的原材料速生杨木粉尘作为研究对象，在分析粉尘粒径分布、元素分析、工业分析及形貌特征的基础上，采用1.2 L哈特曼管对3种不同粒径（0~50，＞50~96，＞96~180 μm）速生杨木粉尘进行最小点火能实验，探究点火延迟时间、喷粉压力、质量浓度和粒径分布对速生杨木粉尘最小点火能的影响及变化规律。研究结果表明:在质量浓度为500 g/m3时，分别增加点火延迟时间和喷粉压力，最小点火能都先减小后增大；最佳点火延迟时间和最佳喷粉压力分别为120 ms和120 kPa；粒径对最佳点火延迟时间和最佳喷粉压力无显著影响。在点火延迟和喷粉压力分别为120 ms和120 kPa条件下，最小点火能随质量浓度的增加先减小后增大。粉尘粒径与最小点火能呈正相关性，3种样品的最小点火能分别为1~3，1~3和7~13 mJ，对应的敏感质量浓度分别为500 ，750和1 250 g/m3，属于特别着火敏感性粉尘。     

Experimental investigation on explosion flame propagation of wood dust in a semi-closed tube

In order to explore flame propagation characteristics during wood dust explosions in a semi-closed tube, a high-speed camera, a thermal infrared imaging device and a pressure sensor were used in the study. Poplar dusts with different particle size distributions (0–50, 50–96 and 96–180 μm) were respectively placed in a Hartmann tube to mimic dust cloud explosions, and flame propagation behaviors such as flame propagation velocity, flame temperature and explosion pressure were detected and analyzed. According to the changes of flame shapes, flame propagations in wood dust explosions were divided into three stages including ignition, vertical propagation and free diffusion. Flame propagations for the two smaller particles were dominated by homogeneous combustion, while flame propagation for the largest particles was controlled by heterogeneous combustion, which had been confirmed by individual Damköhler number. All flame propagation velocities for different groups of wood particles in dust explosions were increased at first and then decreased with the augmentation of mass concentration. Flame temperatures and explosion pressures were almost similarly changed. Dust explosions in 50–96 μm wood particles were more intense than in the other two particles, of which the most severe explosion appeared at a mass concentration of 750 g/m³. Meanwhile, flame propagation velocity, flame propagation temperature and explosion pressure reached to the maximum values of 10.45 m/s, 1373 °C and 0.41 MPa. In addition, sensitive concentrations corresponding to the three groups of particles from small to large were 500, 750 and 1000 g/m³, separately, indicating that sensitive concentration in dust explosions of wood particles was elevated with the increase of particle size. Taken together, the finding demonstrated that particle size and mass concentration of wood dusts affected the occurrence and severity of dust explosions, which could provide guidance and reference for the identification, assessment and industrial safety management of wood dust explosions.     

Observations of microscopic characteristics of post-explosion coal dust samples

To reveal the microscopic characteristics of the post-explosion coal dust samples, coal dust explosion tests were performed in a 20 L spherical vessel. The explosion characteristic parameters, such as the maximum pressure (P_max), the maximum rate of pressure rise ((dP/dt)_max), ignition time (t) and the deflagration index (K_St) were recorded. Meanwhile, the post-explosion dust samples were collected and analyzed. The research efforts include particle size distribution analysis, SEM analysis and FTIR analysis of dust samples before and after the explosion. The particle size range of post-explosion dust samples became wider according to the mass percent analysis. The microscopic appearance of samples in same particle size range showed some similarity. The porous structure of dust samples was observed by improving the SEM magnification. The chemical structure of dust samples before and after explosion was analyzed by FTIR.     

除尘管道内木粉尘爆炸压力传播规律研究

为了探明除尘管道中粉尘爆炸压力的传播规律,利用自制通风除尘管道爆炸特性测试装置进行试验。研究结果表明:整个管道中粉尘爆炸压力波的传播过程可以分为自由传播阶段、管壁反射阶段和一维传播阶段;压力波在传递过程中处于边移动边生长的状态,具有压力累积效应;除尘管道中粉尘爆炸压力波幅及平均升压速率均与粒径呈负相关关系,二者随浓度变化呈现先上升后下降的趋势;利用Matlab分析了浓度、粒径对压力波的交互效应,表明二者交互作用显著。